补强计算

（c）壳体开孔补强的要求 详见表6-20 （d）开孔有效补强范围及补强面积的计算
有效宽度B=2d、B=d+2δn+δnt，取大值 有效高度
有效补强面积Ae= A1+A2+A3 (若Ae ≥A，不须另加补强Ae ≤ A ，则另计A4=A-Ae；)
(e)开孔补强设计步骤
（1）根据强度设计公式和工艺要求，计算δ 和δt及C和C2，确定d； （2）由δ和δt计算B、h1和h2； （3）由A1、A2计算A； （4） Ae= A1+A2+A3（+A4）
会被粘住而影响开启精度 。
●安全阀适用范条件 适用于介质是比较清洁的气体（空气、水蒸气等）的
设备上，不宜用于介质具有剧毒性的设备，更不能用于容 器内有可能产生剧烈的化学 反应而使压力急剧升高的设 备。
◆ 安全阀的选用
选用安全阀应从以下几方面考虑
● 结构形式 主要决定于设备的工艺条件和工作介质的特 性。
◆ 压力表的选择及使用
● 压力表的选择
★ 压力表的最大量程应与容器的工作压力相适应。
★ 压力表必须要有足够的精度。
◆ 压力表的安装及维护
四、液面计和温度计
◆ 液面计的类型
化工生产中常用的液面计按结构形式有玻璃管液面计、 玻璃板液面计、浮子液面计和浮标液面计，其中以玻璃管 液面计和玻璃板液面计最为常用。
•应力集中产生的根本原因
❖ 由于结构的连续性被 破坏，在开口接管处 ，壳体和接管的变形 不一致。为使二者在 连接之后的变形协调 一致，连接处便产生 了附加的内力，主要 是附加弯矩。由此产 生附加弯曲应力，便 形成连接处局部地区 的应力集中。
补强结构
补强圈补强
补强结构
局部补强
厚壁接管补强 整锻件补强
11—吊钩；12—环；13—无缝钢管；14—支承板
垂直吊盖带颈平焊 法兰人孔
1—法兰盖； 2—垫片； 3—法兰； 4—螺柱； 5—螺母； 6—筒节； 7—把手； 8—吊环； 9—吊钩； 10—螺母； 11—垫圈； 12—转臂； 13—环； 14—无缝钢管； 15—支承板
4 视镜
——除用来观察设备内部情况外，也可用做料面视镜。
问题：没有考虑开孔处应力集中的影响，没有计入 容器直径变化的影响，补强后对不同接管会得到不 同的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显 得富裕，有时显得不足。
优点：长期实践经验，简单易行，当开孔较大时， 只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制， 在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此 不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如 ASME Ⅷ-1和GB150等。
缺陷产生。 人孔
手孔
● 人孔和手孔的设置条件
为了设备内部构件的安装和检修方便，需要在 设备上设置人孔或手孔。当容器的内径为450～ 900mm时，一般不考虑设置人孔，可开设1～ 2个手孔；内径大于900mm时至少应设置一个 人孔；设备内径大于2500 mm时，顶盖与筒体 上至少应各开设一个人孔。
手孔的直径 ——一般为150～250mm，标准中手孔的公称直径有 DN150和DN250两种。 手孔的结构 ——容器上接一短管，并盖一盲板。 标准规定的手孔 ——常压手孔、板式平焊法半手孔、带颈平焊法兰手 孔、带颈对焊法兰手孔、回转盖带颈对焊法兰手孔、 常压快开手孔、旋柄快开手孔、回转盖快开手孔。
子任务三 开孔补强计算与附件选用
◆ 为什么开孔？
为了实现正常的操作和安装维修，需要在设备的筒体和 封头上开设各种孔。如物料进出口接管孔，安装安全阀、压 力表、液面计的开孔，为了容器内部零件的安装和检修方便 所开的人孔、手孔等。
◆ 开孔对容器的影响？ ● 容器的整体强度削弱
● 由于设备结构的连续性被破坏，使孔边局部区域内出现 应力集中。这种局部的应力增长现象，叫做“应力集中”。 *其中最大应力值，称为“应力峰值”。
子任务四 选用安全附件
一、安全阀
◆ 安全阀的构造及工作原理
● 安全阀的构造
1—阀体； 2—阀瓣； 3—阀杆； 4—阀盖； 5—弹簧； 6—提升手柄; 7—调整螺杆； 8—锁紧螺母； 9—阀帽.
弹簧式安全阀
●安全阀的工作原理：
容器正常工作时介质作用在阀瓣上的力小于弹簧对阀瓣 的压力，所阀瓣紧靠在阀体上，阀是关闭的；当容器内的 压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时，介 质作用于阀瓣上的力大于弹簧对阀瓣的压力，于是阀瓣离 开阀体，安全阀开启，设备内的介质排出；当排出一部分 介质后容器内压力很快降低至正常的工作压力，此时介质 作用于阀瓣的力小于弹瓣 的压力，使安全阀再次关闭，
特点 应用
补强处于最大应力区域，更有效降低应力集中系数。 接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验， 补强效果较好。
高强度低合金钢制压力容器 由于材料缺口敏感性较高， 一般都采用该结构，但必须 保证焊缝全熔透。
（b）厚壁接管补强
厚壁接管补强
厚壁接管补强
（c）整锻件补强
结构
将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件， 再与壳体和接管焊接。
1 3 Di
，且d≤1000mm。
②凸形封头或球壳上开孔最大直径d≤
1 2 Di
③锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d≤
1 3
Dk
Dk为开孔中心处的锥壳内直径。
④在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线
宜垂直于封头表面。
（b）允许不另行补强的最大开孔直径
强度裕量
接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度 接管根部有填角焊缝 焊接接头系数小于1，但开孔位置不在焊缝上等等 上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应 力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一 定条件的开孔接管，可以不予补强。
➢ 现有标准中，分玻璃板 式液面计、玻璃管式液面 计（HG 21588～21592— 1995）、磁性液位计（ HG/T 21584 —1995）和 用于低温设备的防霜液面 计（HG/T 21550—1993） 。
补强设计原则 （a）等面积补强法的设计原则
——规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开 孔所减去的壳体截面积，其含义在于补强壳壁的平 均强度，用于开孔等截面的外加金属来补偿削弱的 壳壁强度。
A dS 2S(S nt - C)(1 - fr )
A 0.5x[dS 2S(S nt - C)(1 - fr )]
（a）适用的开孔范围（GB150-1998）
①圆筒上开孔的限制：
内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤
1 2
D
i
，且d≤520mm；
内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤
开设人孔条件 ——设备的直径超过900mm。 人孔的形状 ——圆形（Φ400mm）和椭圆形（450mm×350mm） 人孔形式 ——常压人孔、回转盖板式平焊法兰人孔、回转盖带 颈平焊法兰人孔、回转盖带颈对焊法兰人孔、垂直吊 盖板式平焊法兰人孔、垂直吊盖带颈平焊法兰人孔、 垂直吊盖带颈对焊法兰人孔、水平吊盖板式平焊法兰 人孔、水平吊盖带颈平焊法兰人孔、水平吊盖带颈对 焊法兰人孔、常压旋柄快开人孔、椭圆形回转盖快开 人孔、回转拱盖快开人孔。
容器附件
容器上开孔，是为了安装操作与检修用的各种 附件，如接管、视镜、人孔和手孔等。 1 接管
化工设备上 的接管类型
仪表接管
容器上的 工艺接管
（a）容器上的工艺接管 ——与供物料进出的工艺管道相连接，这类接管一 般较粗，多是带法兰的短接管。
（b）仪表类接管 ——为控制操作过程，在容器上需装置一些接管，以 便和测量温度、压力及液面等的仪表相连接。接管直 径较小，除用带法兰的短接管外，也可简单地用内螺 纹或外螺纹管焊在设备上。
的场合。
●工作介质为剧毒气体或极为昂贵气体的场合。 ●工作介质易于结晶、聚合、或黏性较大，容易堵塞安
全阀或使阀瓣被粘住的场合。
◆ 爆破片的安装和使用要求
三、压力表
◆ 压力表的类型及构造
● 压力表的类型
液柱式、弹性元件式、活塞式、电量式
● 压力表的构造
单弹簧管压 力表
1—弹簧弯管 ；
2—支座； 3—表壳； 4—接头； 5—拉杆； 6—弯曲杠杆 ； 7—指针； 8—刻度盘
● 化工设备上常用的人孔结构
回转盖板式 平焊人孔
1—筒节； 2—螺栓； 3—螺母； 4—法兰； 5—垫片； 6法兰、 7—把手； 8—轴销； 9—销； 10—垫圈； 11、14—盖轴耳 ； 12、13—法兰轴 耳
水平吊盖带颈对焊法兰人孔 1—筒节；2—法兰； 3—垫片； 4—法兰盖；5—螺柱； 6—螺母；7—吊环；8—转臂；9—垫圈；10—螺母；
补强圈补强
补强圈
应用
中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在 静载、常温、中低压、 材料的标准抗拉强度低于540MPa、 补强圈厚度小于或等于1.5δn、 壳体名义厚度δn不大于38mm的场合。
标准
HG21506-92《补强圈》，JB/T4736-2孔处焊上一段厚壁接管
优点 缺点
补强金属集中于开孔应力最大部位，最有效地降 低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及 其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲 劳寿命只降低10～15%。
锻件供应困难，制造成本较高。
应用
重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa 以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器 的大直径开孔容器等。
2 凸缘
——接管长度必须很短时，可用凸缘（突出接口）来 代替。凸缘具有加强开孔的作用，不需另外补强。 ——缺点：当螺栓折断在螺栓孔中时，取出较困难。 ——由于凸缘与管道法兰 配用，因此它的联接尺寸 应根据所选用的管法兰来 确定。
3 人孔 、手孔 ——人孔、手孔等，位置应便于观察或清理容器内部。 目的 检查容器使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等