演示版ASME规范-开孔补强

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课程概况
一般要求
补强面积的来源(壳体和成形封头上的单个开孔)
腐蚀余量
补强区域
补强强度
其它补强规定
壳体和封头上多个开孔
平端盖上的单个或多个开孔
特殊要求
举例
开孔的目的
处理容器内的介质
检验
安装内件
容器的清理和排放
一般要求
开孔的一般要求
允许的开孔形状、尺寸
免除开孔补强计算
开孔的形状
圆形筒体或锥壳、封头上的开孔最好采用圆形、椭圆或长圆形状,但标准
并不限制使用其它形状的封头。

当长圆或椭圆的开孔长、短径之比大于2:1,横跨短径的补强面积应增加,
以防止由于扭矩产生的变形。

UG-36(b)开孔的尺寸
1. 对于壳体内径 60”(1250 mm),开孔尺寸不得大于直径的1/2,最大
不超过20”(508 mm)。

.
.
2. 对于壳体内径>60”(1250 mm),开孔尺寸不得大于直径的1/3,最大
不超过40”(1000 mm)。

3. 如果开孔超过上述限制,除要满足UG-36至UG-43的要求外,还须满
足附录1-7的补充要求。

成形封头和球形壳上经过正确补强的开孔无尺寸限制。

当开孔的尺寸大于
与封头相连的壳体直径的1/2时,可以使用锥壳过渡段来代替补强。


UG-36(b)(2)(a-d)。

UG-36(c)(3)壳体和成形封头上开孔免除开孔补强计算
容器上的开孔如果不承受压力的快速波动,在满足以下要求的情况下,开
孔除自身构造的补强外,不须另外补强。

a) 对于焊接或钎接接头,最终开孔的直径不大于:
●3-1/2 in. (89 mm) –壳体或封头的厚度≤ 3/8 in. (10 mm);
●2-3/8 in. (60 mm) –壳体或封头的厚度> 3/8 in. (10 mm)。

b) 对于螺纹连接或胀接接头,壳体和封头上的开孔直径不超过2-3/8 in.
(60 mm).
c) 任何两个未加补强的开孔,其中心距不得小于两孔直径之和。

. .
d) 三个或三个以上开孔群中任意两个未加补强的开孔孔心距不得小于:
))(cos 5.11(21d d ++θ - 对于圆形筒体和锥壳;
)(5.221d d + - 对于具有双曲率的壳体和封头。

UG-36(d)
开孔可以开在焊缝上,见UW-14。

UG-39(a)平封头上开孔免除补强计算
单个开孔,其尺寸不超过UG-36(c)(3)(a)和(b)的限制、并且封头直径或短径的1/4时,可免除补强计算。

.
要求的补强面积
UG-37在内压或外压下要求的补强面积〔筒体和封头〕
Section VIII, Div. 1 UG-37
提供补强
可供补强有五个方面:
1. A1:壳体上充裕厚度提供的补强面积
2. A2:延伸到壳体外侧的管接头充裕厚度提供的补强面积
3. A3:延伸到壳体内侧的管接头充裕厚度提供的补强面积
4. A4:焊缝提供的补强面积
5. A5:补强圈提供的补强面积
腐蚀余量
按UG-36(c)(1),腐蚀余量不能用于提供补强。

按UG-16(e),用于计算公
式的所有符号代表腐蚀后的尺寸。

.
UG-40补强区域
与容器壁相平行的方向,取以下较大值:
d –开孔腐蚀后的直径 R n + t + t n
与管接头壁相平行的方向,取以下较小值:
2.5t
2.5t n + t e
式中:
R n = 开孔腐蚀后的半径
t n = 管接头扣除负偏差后的壁厚 t = 容器的壁厚 t e = 加强圈的厚度
补强的强度〔UG-41〕
如果补强材料〔加强圈、焊缝金属、等〕的许用应力大于容器材料的许用应力,不考虑由于较高应力值带来的附加强度。

如果补强材料的应力值低于容器材料,所提供的补强面积应按两应力的比值成反比例增加。

强度降低系数:
f r =
v
n
S S 式中:S n = 补强材料的许用应力 S v = 容器材料的许用应力
以下举例说明f r 的使用:
A = dt r F + 2t n t r F(1-f r1)
.
.
对于安放式管接头,f r1 = 1.0
A = dt r F
UG-39平封头上单孔要求的补强面积
UG-39(b)(1):标准孔
对于单个开孔,其直径不超过封头直径或
短径的1/2〔见UG-34〕:
A = 0.5dt + tt n(1 – f r1)
式中:
d = 圆形开孔扣除腐蚀余量后的直径〔见
UG-37关于非径向开孔的定义〕
t = 平封头或平封盖的最小要求厚度。


按UG-34计算增加封头的厚度
[UG-39(d)(1)]。

.
.
UG-39(c):大开孔
对于具有开孔直径大于封头直径
1/2的平封头,应按以下要求设计:
UG-39(c)(1):按附录14-20〔具有
大、单个、圆形、位于中心开孔的整
体[圆形]平封头〕,使用附录2的有
关系数〔采用环状垫圈的螺栓法兰设
计要求〕。

UG-39(c)(2):给出对于在中心开孔
周围再开孔的设计要求。

UG-39(c)(3):对于上述以外的其它
开孔,没有给出设计方法,应符合
U-2(g)条。

平封头上多个开孔的补强要求
UG-39(b)(2):相距较开的标准开孔*
对于开孔直径不超过封头直径的
1/2,任意两孔的平均直径不超过封
头直径的1/4,并且任意两孔的孔距
两孔平均直径的2倍:
A = 0.5dt
式中:
d = 圆形开孔扣除腐蚀余量后的
直径〔见UG-37关于非径向
开孔的定义〕
t = 平封头或封盖的最小要求厚
度〔见UG-34〕。

.
.
相距较近的标准开孔*
封头上任意两孔的孔距为
1/4 d avg. 孔距< 2 d avg.
其它与上述一致:
A = 0.5dt
但,要求的补强面积的50%必须分
布在两孔之间。

对于不属于上述情况的开孔,没有
给出计算方法,应按U-2(g)。

*注意:孔与孔之间的孔桥或孔到封头边缘的距离不得小于较小开孔直径的
1/4。

确定用于补强计算的t r
碟形封头,t r是按附录1-4(d)计算的要求厚度,使用M = 1。

椭圆封头,t r是半径为K1D的无缝球壳计算厚度,D是筒体的直径,K1按
Table UG-37。

.
.
UG-38内扳边开孔
内扳边的厚度应符合UG-27〔内压〕或UG-28〔外压〕的要求。

补强要求应符合UG-37。

承受内、外压的内扳边开孔的厚度应按内、外压计算的厚度取较大值。

开孔补强计算举例
壳体内径:48 in.
设计压力:250 psi
壳体材料:SA-285 Gr. C, S = 13.8 ksi
壳体厚度:0.875 in.
容器经100%RT
腐蚀余量:0.125 in.
管接头尺寸:NPS 6 Extra Strong (0.432 in. 厚,5.761内径)
管接头材料:SA-53 B, S = 15 ksi
管接头内出头长度:1.5 in.
开孔不在焊缝上
角焊缝尺寸:焊脚0.375 in.
.
. 首先,扣除腐蚀余量:
t = 0.750 in. = 0.875 – 0.125
t n = 0.307 in. = 0.432 – 0.125
d = 6.011 in. = 5.761 – 2(0.125)
R v = 24.125 in. = 48/2 + 0.125
R N = 3.006 in. = 5.761/2 + 0.125
要求的壁厚:UG-27(c)(1)
442.0250
6.00.113800125.242506.0=⨯-⨯⨯=-=P SE PR t r in.
051.0250
6.00.115000006.32506.0=⨯-⨯⨯=-=P SE PR t rn in.
要求的补强面积:
)1(21r r n r f F t t F dt A -+=
F = 1; θ = 0; f r1 = S n /S v = 15/13.8 = 1.09 ≈ 1
= 6.0011(0.442)(1) + (2)(0.307)(0.442)(1)(1 - 1)
A = 2.657 in 2
可供补强的面积
A 1 = (壳体的充裕厚度)取以下较大值
=)1)((2)(111r r n r f Ft t E t Ft t E d ---- =)11)(442.01750.01(307.02)442.01750.01(011
.6-⨯-⨯⨯-⨯-⨯ A 1 =1.851 in 2

=)1)((2))((2111r r n r n f Ft t E t Ft t E t t ----+
. =
)11)(442.01750.01(307.02)442.01750.01)(307.0750.0(2-⨯-⨯⨯-⨯-⨯+= 0.651 in 2
A 2 = (管接头的充裕厚度)取以下较小值
=960.0750.01)052.0307.0(5)(52=⨯⨯-⨯=-t f t t r rn n =393.0307.01)051.007.0(5)(52=⨯⨯-⨯=-n r rn n t f t t
A 2 =0.393 in 2
h = 2.5t n 或2.5t ,取较小值
2.5t n = 2.5(0.307) = 0.768 in.
2.5t = 2.5(0.750) = 1.875 in.
= 0.768 in. < 1.5 in. (OK)
A 3 = (管接头内出头提供的补强面积)
=280.0)125.0307.0(2)(2=-=-h c t n in.2 A 41 =(外侧角焊缝) = Leg 2f r2 = 0.3752 ⨯ 1 = 0.141 in 2
A 43 =(内侧角焊缝) = Leg 2f r2 = (0.375 – 0.125)2 ⨯ 1 = 0.063 in 2
A 1 + A 2 + A 3 + A 41 + A 43 = A Total = 2.728 in 2
A = 2.657 in 2
由于A<A Total ,因此无须再增加补强。

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