开孔补强计算
圆筒开孔补强结构尺寸设计计算表 GB150-2011 6.6.3
（0） 要求：δ et ( t ) min
1.8 215 接管 166.1 1800 18 1.8
MPa mm mm mm
[ ]ts
Di δn Cs
[ ]tt
do δnt Ct
166.1 960 30 1.8 接管Байду номын сангаас
mm mm [σ]t U mm MPa
δ
（0） e
= δ n - Cs
16.2 1819.8
(0)
由 ρ ， U ， g 查曲线得 h mm mm d (1)=D ρ (1) δ t(1)=d (1)/2U
( 0) g （1） et / t (1)
d (n) δ t(n) g (n) h min
909.9 4.930222757 5.719822691
1091.88 5.916267309
（0） δ et = δ n t - C t （0） d = do - δ et
28.2 931.8 166.1 92.28
（0） D = Di + δ e + 2C s
[ ]t min([ ]ts , [ ]tt )
U =[σ]t / p δ=R / U 9.86 1.64 ρ=d/D ρ (1)= 0.50 由 ρ ， U ， h 查曲线得 g g (1)= 0 δt=r / U
压力容器大开孔补强计算方法实例分析
- 43 -第6期压力容器大开孔补强计算方法实例分析王嘉瑶，翟新锋（中泰创新技术研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830000）[摘 要] 在压力容器设计中，经常面临着大开孔补强问题。
在壳体上开孔影响其承压能力，且开孔的大小、尺寸受到诸多限制，补强方法也多种多样。
本文总结了常用的几种开孔补强计算方法，如等面积法、分析法和压力面积法，并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析，有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器；大开孔；等面积法；分析法；压力面积法作者简介：王嘉瑶（1998—），女，湖北人，本科学历，在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。
1 前言大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。
大开孔会削弱壁厚的强度，且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大，因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。
化工装置中，常使用带水包的压力容器，利用油水密度差进行油水分离。
而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近，即d/D 较大，这时就需要考虑大开孔补强。
本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ，设计温度60℃，内径φ2000，C1=0.3mm ，C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。
图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围图2 算例示意图2 等面积法等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。
它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力，类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中，所以对小直径的开孔安全可靠。
除此之外，还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷验，开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予一定的配套限制，也能保证安全，是一般开孔的首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。
因为本次开孔接管垂直于筒体，所以满足这部分要求。
开孔补强计算GB150-2011等面积补强法_单孔
接管实际外伸长度
150.00 mm 接管有效外伸长度 h1
18.87 mm
接管实际内伸长度
0.00 mm 接管有效内伸长度 h2
0.00 mm
开孔削弱所需的补强面积 A
A=dδ+2δδt(1-f)
798.8 mm2
壳体多余金属面积 A1
A1=(B-d)(S-δ-C)-2St(S-δ)(1-f)
180.2 mm2
钢板负偏差及腐蚀裕量 C
1.0 mm
接管外径 d ’
89.0 mm
接管外径 d (最大尺寸）
89.0 mm
接 接管材料
20
[σ] 接管许用应力
[σ]t
131.00 MPa
补强圈材料
—
补 131.00 MPa
补强圈许用应力 [σ]rt
131.00 MPa
接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f
551 mm2
结：
补强满足要求
0.9 4.00 mm
1.0 mm 1
强 补强圈外径 d2 补强圈厚度 S1t 补强圈负偏差及腐蚀裕量
圈 C2 补强圈强度削弱系数 fr
178 mm 12 mm 1 mm 1
开孔直径 di
89.0 mm 补强区有效宽度 B
178.00 mm
壳体计算厚度 δ
8.976 mm 接管计算厚度 δt
1.422 mm
设计条件
简图
设计压力 Pc
0
1.05 MPa
设计温度 t
200 ℃
椭圆形封头长短轴之比 过渡区半径与球面半径之 比 壳体内直径Di
开孔处焊接接头系数 φ
开孔补强计算时有效补强范围的确定
- 13 -
开孔补强计算时有效补强范围的确定
李拥军1，梁立军2，周一飞3，李业勤3
（1.江林重工（常州）机械有限公司， 江苏 常州 213032 ） （2.风凯换热器制造（常州）有限公司， 江苏 常州 213100）
（3.常州化工设备有限公司， 江苏 常州 213002）
[摘 要] 针对GB150-1998《钢制压力容器》未提及的特殊情形下有效补强范围的计算，提出了适合各种情况下有效补强范 围的计算方法，并对内侧高度的计算提出了改进建议。 [关键词] 开孔补强；有效补强范围；计算
=250.8mm
（2）强度削弱系数f r，f r=
93.8 136.8
=
0.68
（3）左侧宽度B1，B1=min｛max[250.8，
153.4]，163｝=163mm
（4）右侧宽度B2，B2= min｛max[250.8， 153.4]，192｝=192mm
（5）宽度B，B= B1+ B2=163+192=355mm
+
dn
+
dnt
〕时，可用无
有效补强宽度B，B= B1+ B2
一般地，实际最大可能的左侧宽度大于max｛
md ,ad2x｛+ ddn,+d2d+ntd｝n
，实际最大可能的右侧的宽度大于 + dnt ｝；则B= max｛2d , d + 2dn + 2dnt
｝，与GB150-1998相同。说明GB150-1998仅适合
（11）接管可用于补强的面积A2
A2 = 2h1(dnt − dt − C' ) fr + 2h2 (dnt − C'−C2 ' ) fr = 2×59.3×(14-1.34-1.5-1.4)×0.68+2×18.5 ×(14-1.5-1.4-1.5)×0.68 ≈787+242=1029 mm2
最新SW6开孔补强计算书
接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
0.85
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
100
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.5
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
接管多余金属面积A2(mm2)
82.09
82.09
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
25
25
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
635.7
371.3
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A2,φ25×4
计算方法:HG20582-98等面积补强法,单孔
应力校正系数F
1
1
开孔直径d(mm)
32.25
22
补强区有效宽度B(mm)
64.51
50
开孔削弱所需的补强面积A(mm2)
44.28
30.2
壳体多余金属面积A1(mm2)
159.8
138.7
接管多余金属面积A2(mm2)
28.02
28.02
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
16
16
补强圈面积A4(mm2)
50
开孔削弱所需的补强面积A(mm2)
压力容器大开孔补强计算
压力容器大开孔补强计算【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，gb150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。
本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。
而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。
此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。
即需要设置接管、人孔。
两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。
这些边界内力主要是通过在开孔的边缘或者接管的端部引起二次应力从而使其两部分在连接点上的变形能够相互协调。
(整理)SW6开孔补强计算书.
度
接管实际外伸长度
100
mm
接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
0.85
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
100
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.5
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.625
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
1.25
mm
接管计算厚度δt
0.021
mm
补强圈强度削弱系数frr
528.6
264.3
接管多余金属面积A2(mm2)
82.09
82.09
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
25
25
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
635.7
371.3
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A2,φ25×4
非径向接管的开孔补强计算
非径向接管的开孔补强计算产品名称：图号：本计算依据HG 20582-1998《钢制化工容器强度计算规定中的非径向接管的开孔补强计算》的规定，进行非径向接管的开孔补强计算一、参数输入计算压力Pc=0.6Mpa 壳体或封头内直径Di=510mm 设计温度下壳体或封头材料的许用应力[σ]t=130Mpa 设计温度下接管材料的许用应力[σ]t t =130Mpa 接管内直径di=52mm接管材料的强度削弱系数fr=1.0承受内压所需要的圆筒厚度1.18mm承受内压所需的接管厚度0.12mm二、和圆筒轴线相交90度截面的分析：开孔直径d=147mm 应力校正系数F=0.5mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积86.7mm 2壳体或封头在开孔处的名义厚度δn=10.0mm 接管的厚度附加量1.8mm补强区平行于壳体或封头器壁方向294mm的有效范围宽度175mmB1、B2中较大值294mm1383mm 补强区有效范围平行于接管轴线方向的外侧长度14.9mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mm62.0mm 16.0mm1461.3mm而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.三：平行于圆筒轴线截面的分析：开孔直径d=45mm 应力校正系数F=1mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积mm 2mm 接管的腐蚀裕量C2t=1.0mm 补强区平行于壳体或封头器壁方向B1=2d=90mm的有效范围宽度B2=d+2δn+2δnt=73mm B1、B2中较大值B=90mm壳体或封头承受内压或外压所需要计算厚度之外在补强区有效范围以内能起补强作用的多余截面积396.9mm 2的外侧长度mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mmmm 2补强区有效范围内除已记入A1、A2、之外，能起补强作用的焊缝面积16.0mm 2474.9mm 2而A1+A2+A3<A,所以对于平行于圆筒轴线的截面，补强面积不足需另行补强.4mm53.1mm 2396.9mm 214.962.0mm 2A3=16.0mm2mm 2而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.。
开孔补强计算(接管计算厚度按内径算)
3.5 0.95 800 25 0.75 0 68
Mpa mm mm mm mm Mpa
封头开孔补强计算 设计条件 封头 计算压力 pc 焊接接头系数 φ 壳体内直径 Di 开孔处名义厚度 δ n 壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力 [σ ] 接管 实际外伸长度 L1 实际内伸长度 L2 焊接接头系数 φ 接管外径 do 名义厚度 δ nt 接管厚度负偏差 C1t 接管腐蚀裕量 C2t 接管材料许用应力 [σ ]t 补强圈
δ δ t fr dop B h1 h2
开孔所需补强面积 A 壳体多余金属面积 A1 接管多余金属面积 A2 焊缝金属面积 A3 A-A1-A2-A3 补强圈面积 A4A4- Nhomakorabea mm2
头开孔补强计算 设计条件 封头 3.5 1 800 21 0 0 68 接管 130 0 1 265 33 0 0 68 补强圈 0 mm 0 mm 0 mm 补强计算 20.857 5.257 1.000 199.000 398.000 81.03703 0 4150.466 27.02697 4496.485 64 -437.046 mm mm mm mm mm mm mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm mm mm mm mm mm MPa Mpa mm mm mm mm Mpa
压力容器卷筒大开孔补强计算方法
压力容器卷筒大开孔补强计算方法摘要：压力容器是能够承载一定压力的气体或液体容器，大开孔的压力容器为保证其抗压能力，需在开孔接管位置进行补强。
本文主要对压力容器大开孔补强的相关计算方法进行了分析，并对其进行比较，以找出最适合的补强方法。
关键词：压力容器；大开孔补强；计算方法随着工程技术的发展，对压力容器的要求也越来越高，压力容器常需要进行大的开孔接管工序，而在压力容器上进行开孔操作就会破坏原来的应力状态，使压力容器内的力平衡遭到破坏，因而为了恢复容器内应力平衡状态，需要对容器开孔位置进行补强，而对于补强的计算主要有以下几种方法。
1.压力面积法压力面积法是通过使圆筒、补强原件和接管有效截面产生的承载力与有效补强范围内产生的载荷相等来实现补强的一种计算方法，这种方法在计算时主要考虑补强材料薄膜应力即可，并没有涉及到容器开孔孔边弯曲强度问题，这一方法的计算方式虽然和以往等面积方法有所不同，但原理是一样的。
其计算通式是（Ap/Aσ+1/2）p≤[σ]，其中Ap是指压力容器有效补强范围内的压力作用面积，而Aσ是指补强元件、接管等有效承载面积，p是容器圆筒的设计压力，[σ]则是指所应用的补强材料的许用应力，从上面的计算式就可以看出这一方法的计算是建立在补强截面薄膜应力计算的基础上，而不涉及孔边弯曲应力，因而在实际应用中，常会因实际应力与计算结果相差太大而失去补强的目的，因此这种方法在实际工程中应用较少。
2.ASME计算法鉴于压力面积法在弯矩问题上的缺点，ASME方法就在压力面积法上增加了弯矩作用计算，在理论上就是在计算薄膜应力的同时增加弯矩应力计算，因而其计算通式是，Sb=，M=（/6+RRne）p，其中As是指开孔区域内的横截面面积，而I是指As面积中所对应的中性轴惯性矩，a是指中性轴和容器壁表面之间的距离，Rm是指课题平均的半径长度，Rnm是指接管颈平均的半径长度，e是指As面积中性轴和壳壁中面处之间的距离，由上面的计算式可以看出该计算方法对薄膜应力的计算和压力面积方法相同，并对补强范围进行了调整，然后在这一基础上增加了弯矩计算，弯矩应力主要包括两个部分，一是在实施开孔操作后在孔边缘产生的轴向拉力，二是开空前在开孔区域内压位置上差异不同所带来的弯矩，这一种计算方法较压力面积法更为进步，考虑了开孔位置边缘弯矩应力问题。
等面积法开孔补强计算
图 6-2 相邻开孔
6
图 6-3 多个开孔
4
GB 150.3—2010
图 6-1 有效补强范围（编辑有错误仍需修改）
6.3.5.1 有效补强范围 a） 有效宽度 B 按式（6-6）计算，取二者中较大值；
B
=
⎪⎧2d op ⎪⎩⎨dop +
2δ n
+
2δ nt
································（6-6）
b） 有效高度按式（6-7）和式（6-8）计算，分别取式中较小值。 外伸接管有效补强高度：
2
GB 150.3—2010
θ——两相邻开孔中心线与壳体轴线之夹角，（°）；
φ——焊接接头系数（按 GB150.1 规定）。
ρ ——开孔率， ρ = d / D ； λ ——参数， λ = ρ D / δe = d / Dδe 。
6.3 单个开孔补强的等面积法
6.3.1 单个开孔的适用范围
在等面积法的适用范围（见 6.1.1）内，满足下列条件的多个开孔均按单个开孔分别设计：
筒体轴线；对于封头开孔，该截面通过封头开孔中心点，沿开孔最大尺寸方向，且垂直于壳体表面。
对于圆形开孔 dop 取接管内直径加两倍厚度附加量，对于椭圆形或长圆形孔 dop 取所考虑截面
上的尺寸（弦长）加两倍厚度附加量。
6.3.3.2 内压容器
壳体开孔所需补强面积按式（6-1）计算：
A = dopδ + 2δδet (1 − fr )
a） 壳体上有两个开孔，开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）不小于两孔直径之和；壳体
上有三个或以上开孔，任意两孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）不小于两孔直径之
蜂窝夹套开孔补强计算GB150-1998等面积补强法 单孔
补强圈面积 A4 结论：
-74.32 mm2
[σ] 接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f 开孔直径 di 壳体计算厚度 δ 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 开孔削弱所需的补强面积 A 壳体多余金属面积 A1 接管多余金属面积 A2 角焊缝金属面积 A3 A1+A2+A3 补强校核 A＜A1+A2+A3
过程设备设计计算
孔补强计算 接管:N10,N11（φ57×3.5） 设计条件 计算压力 Pc 设计温度 t 壳体形式 壳 椭圆形封头长短轴之比 蜂窝 — 0 0.35 MPa 148 ℃ 计算单位 上海日泰医药设备工程有限公司 计算方法：GB150-1998 等面积补强法 单孔 简图
过渡区半径与球面半径之比 _
壳体内直径Di 开孔处焊接接头系数 φ 壳体材料 [σ] 壳体许用应力 [σ]t 体 开孔处名义厚度 S 钢板负偏差及腐蚀裕量 C 接管外径 d ’ 接管外径 d (最大尺寸） 接 接管材料 [σ] 接管许用应力
t
1130 mm 1.00 S30408 135.00 MPa 134.00 MPa 3.00 mm 0.5 mm 57.0 mm 57.0 mm S30408 135.00 MPa 补
t
补强圈材料 补强圈许用应力 [σ]r 补强圈外径 d2 强 补强圈厚度 S1t
补强圈负偏差及腐蚀裕量 C2
— — MPa 0 mm 0 mm 0 mm 1 100.00 mm 0.08 mm 14.12 mm 0.00 mm 66.7 mm2 66.5 mm2 68.4 mm2 6.13 mm2 141.01 mm2
126.00 MPa 1.0 3.50 mm 1.0 mm 圈 1 50.0 mm 1.17 mm 80.00 mm 0.00 mm
管道开孔补强计算程序
1、主管计算厚度T sT s :计算厚度；mm 0.414244186Do :外径；mm76［σ］t :在设计温度下材料的许用应力；MPa 137E j ：焊接接头系数；1P：设计压力；MPa1.5Y：系数；按表6.2.1选取。
0.4T n :主管名义厚度；mm 42、支管计算厚度t st s :计算厚度；mm0.207122093d o :外径；mm38［σ］t :在设计温度下材料的许用应力；MPa 137E j ：焊接接头系数；1P：设计压力；MPa1.5Y：系数；按表6.2.1选取。
0.43、开孔补强计算（1）主管开孔所需补强面积 AA：主管开孔所需补强面积；m㎡14.45712209d 1:扣除厚度附加量后主管上斜开孔的长径；mm 34.9管道开孔补强计算[])(2PY E PD T j t os +=σ)sin 2(1a d T A s -=ad d sin /1=[])(2PY E Pd t j t os +=σd:扣除厚度附加量后支管的内径；mm 34.9a：主管轴线与斜管轴线的夹角；90（2）开孔补强有效补强范围有效补强宽度B=2d 169.8B=d 1+2(2t n )-2(2C 1+2C 2)41.1取较大值B mm 69.8有限补强高度h=2.5(t n1-C 1-C 2) 3.875t n :管子名义厚度；mm3C 1：厚度负偏差；mm0.45C 2:腐蚀余量；mm1(3)补强范围内主管多余金属补强面积A 1A 1=（B-d 1）(T n -T s -C 1-C 2)74.53787791(4)补强范围内支管多余金属补强面积A 2A 2=2h(t n -t s -C 1-C 2)/sina10.40730378(5)角焊缝金属补强面积A 3A 3=H 236H：角焊缝高度；mm64、结论120.9451817A=14.45712209结论：合格注：按GB50316-2000《工业金属管道设计规范》(2008版)计算A 1+A 2+A 3=ad d sin /1`。
压力容器圆筒大开孔补强计算方法
压力容器圆筒大开孔补强计算方法发布时间：2021-01-11T03:40:42.338Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：袁甜[导读] 由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。
中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要：由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。
受到开孔接管结构内压作用，将会影响壳体和接管链接位置结构几何，此时会导致相关区域高应力集中，从而引发较多安全问题。
为了避免出现上述问题，此次研究主要探讨分析压力容器圆筒大开孔补强计算方法，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：压力容器；圆筒大开孔；补强计算现阶段，由于多数工程复杂，并且特殊性工艺，部分压力容器需要开孔接管，使原容器应力状态发生变化。
针对柱壳容器，在开孔之后，接管弹性约束会阻碍孔口椭圆化，造成容器主管开孔周边为薄膜应力状态，干扰环向力和轴向力，从而产生扭矩力和弯矩力。
接管轴向力可以应用到容器孔上，此时容器开孔孔边会受到横向剪力影响，容器孔口边缘还会影响接管管壁周边变形，从而遭受反作用力。
所以必须按照应用标准，分析开孔补强处理工艺。
1、常见圆筒开孔补强计算方法1.1等面积法对于等面积法来说，属于美国、日本和中国标准应用的计算方法。
处理原则在于对开孔局面截面拉伸强度进行补偿。
补强处理只是针对静强度问题，只需要计算开孔边缘拉伸强度补强，没有注重开孔边缘弯曲应力、峰值应力。
圆筒大开孔之后，孔口边缘会产生弯曲应力。
圆筒大开孔后，孔口边缘会产生较大弯曲应力，因此无法计算大开孔补强。
1.2压力面积法在应用压力面积法时，可以在有效补强范围内，计算由于内压作用产生荷载和受压元件的抗拉载荷力。
补强计算只是针对开孔部位拉伸强度，计算形式不同。
压力管道壁厚及开孔补强计算
支管：φ219×6判断是否可以使用焊接支管支管材料支管许用应力MPa 支管厚度减薄附加量C1t mm 支管厚度附加量Ct mm 支管焊接接头系数Ej 支管轴线与主管轴线的夹角α1°补强板材料与主管材料的许用应力比fr 非圆形开孔长直径d1mm 支管计算厚度tt mm 开孔补强所需的面积A mm 2补强区有效宽度B mm 主管外侧法向补强的有效高度h1mm 主管多余金属面积A1mm 2支管多余金属面积A2mm 2焊缝金属面积A3mm 2
除补强圈以外的多余金属面积A1+A2+A3mm
2判断是否使用补强圈补强补强板的外径Dr mm 补强板名义厚度tr mm 补强板的材料补强板许用应力MPa 补强板厚度减薄附加量C1r mm 补强圈金属面积A4mm 2总的多余金属面积A1+A2+A3+A4mm 2
3147.880.51.821937.7624.75380.03162.361218560.39计算条件
2587.49Q235B
1200.50.9需要使用补强圈
444Q235B
合格可以使用焊接支管208.81417.62120补强计算结论
0.8
901
开孔补强计算。
圆筒、封头及开孔补强计算
圆筒
1.4
mm Q235-B MPa mm 20 50 113 113 113
[σ ]t δ C1 C δ n DN K1 δ Dtw δ nt Dti Ct1 Ct2 Ct φt [σ ]tt δ t d A h1 h2 fr A1 A2 A3 A4 Db δ b
MPa mm mm mm mm mm 36 5.86 36 12.0 12.0 1.80 1.8 1.0 2.80 1.00 110.0 0.07 17.60 103.20 14.53 (1.00) 0.97 40.0 242.3 36.00 (215) 72 (5.98)
圆筒、封头及开孔补强计算
设计条件 设计压力 设计温度 设备内径 材料 许用应力 焊接系数 腐蚀裕量 [σ ]t φ C2 t1℃ t2℃ 许用应力计算 [σ ]t1 [σ ]t2 内插值[σ ]t 水压试验 常温许用应力 试验压力 有效厚度 圆筒应力 材料屈服点 试验许用应力 校核 [σ ] PT δ e σ T σs 0.9*σ s 0.9*σ s MPa MPa mm MPa MPa MPa ≥ 113.00 1.10 8.20 101.16 235.00 211.50 σ
T
厚度计算 MPa CO源自P t Di0.880 50 1500 113.0 1.00 1.00 曲面高度 形状系数 许用应力 计算厚度 厚度负偏差 厚度附加量 所需厚度 名义厚度 接管规格 系数 P50；0.9 开孔处计算厚度 接管外径 名义壁厚 接管内径 0.15*δ nt 材料负偏差 腐蚀裕量 厚度附加量 焊接系数 接管许用应力 接管计算厚度 开孔直径 所需补强面积 外侧有效高度 内侧有效高度
113.0 5.86 0.80 1.80 7.66 10 圆 100 5.86 108 4.0 100.0 0.60 0.68 1.0 1.68 1.00 130.0 0.35 103.36 606.06 20.33 10.00 1.00 241.5 106.5 36.00 222 200 2.41 筒
接管补强计算书
MPa 补强圈许用应力[σ ] 补 强 mm mm mm mm mm
2
开孔长径与短径之比 接管计算厚度δ
t
frr
0 462.7 64.531 2037
接管材料强度削弱系数 补强区有效宽度 B 接管有效内伸长度 h2 壳体多余金属面积 A1
fr 0.6402
925.4 0 3360 27
2 603 接管多余金属面积 A2 mm 补强区内的焊缝面积 A3 2 A1+A2+A3= 3990 mm ，大于A，不需另加补强。
补强圈面积 A4 结论: 合格
mm
2
A-(A1+A2+A3)
2
全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站
3
过 程 设 备 强 度 计 算 书
开孔补强计算 N4, φ 325×8 设 计 计算单位 条 件 0.1863 100 圆形筒体 Q345R 板材 0.85 7500
n
SW6-2011
MPa 补强圈许用应力[σ ] 补 强 mm mm mm mm mm
2
开孔长径与短径之比 接管计算厚度δ
t
frr
0 311.4 49.912 1376
接管材料强度削弱系数 补强区有效宽度 B 接管有效内伸长度 h2 壳体多余金属面积 A1
fr 0.6402
622.8 0 2252 24
2 419 接管多余金属面积 A2 mm 补强区内的焊缝面积 A3 2 A1+A2+A3= 2696 mm ，大于A，不需另加补强。
12 0.3 0 189
接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹 角( ° ) 300 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ ] 开 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数 开孔补强计算直径 d 接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积A
开孔补强计算
16.06
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
9
9
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
180.8
180.8
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
补强圈面积A4
mm2
A-(A1+A2+A3)
mm2
结论:根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。
开孔补强计算
计算单位
泰安开元环保成套设备有限公司
接管:N4,φ57×5
计算方法: GB150-1998等面积补强法,单孔
设计条件
简图
计算压力pc
1
MPa
设计温度
70
℃
壳体型式
椭圆形封头
壳体材料
mm2
接管多余金属面积A2
mm2
补强区内的焊缝面积A3
mm2
A1+A2+A3= mm2
补强圈面积A4
mm2
A-(A1+A2+A3)
mm2
结论:根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。
开孔补强计算
计算单位
泰安开元环保成套设备有限公司
接管:N3,φ57×5
计算方法: GB150-1998等面积补强法,单孔
0
mm
壳体腐蚀裕量C
1
mm
壳体材料许用应力[σ]t
170
MPa
椭圆形封头长短轴之比
2
开孔中心到壳体轴线的距离
mm
接管轴线与壳体表面法线的夹角
7.356
度
接管实际外伸长度
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焊缝金属截面积A3
A3=0.25*δ n*δ nt
补强面积 Ae
Ae=A1+A2+A3
判断是否补强
Ae<A,需补强，反之不需要
另加的补强面积（补强圈的面积A4）
外径应接近B值
整体补强A4
补强高度应大于h1
强度削弱系数 fr：表示设计温度下接管材料与壳体材料许用应力的比值，fr>1时取fr=1，eg;均为S304
红色为输入部分
开孔补强计算
δ （开孔处壳体计算厚度） δ e(壳体有效厚度)
fr(强度削弱系数)
3.5625
13.7
1
δ t（接管计算厚度） δ et(接管有效厚度)
h1(有效高度)
0.84
9
62.3217458
内压
外压
A=dop*δ +2*δ *δ et(1-fr) dop)*(δ e-δ )-2*δ et(δ e-δ )*(1-fr)
1383.675 3937.405
A=0.5*（dop*δ +2*δ *δ et(1-fr)） /
h1*(δ et-δ t)*fr+2*h2*（δ et-C2)fr
1017.090892
/
A3=0.25*δ n*δ nt
35
/
Ae=A1+A2+A3
4989.495892
/
Ae<A,需补强，反之不需要
有效宽度B：=max(2*dop/dop+2*δ n+2*δ nt），取较大值,此计算取B=2*dop 外伸接管有效补强高度h1:=min(√(dop*δ nt)/接管实际外伸高度)，取较小值,,此计算选取 h1=√dop*δ
内伸接管有效补强高度h2:=min(√(dop*δ nt)/接管实际内伸高度)，取较小值,通常没有
开孔
dop(开孔直径)
388.4
B有效宽度
776.8
内压
壳体开孔所需补强面积 A
A=dop*δ +2*δ *δ et(1-fr)
壳体有效厚度减去计算厚度之外的多面积A1 A1=(B-dop)*(δ e-δ )-2*δ et(δ e-δ )*(1-fr)
接管有效厚度减去计算厚度之外的面积A2 A2=2*h1*(δ et-δ t)*fr+2*h2*（δ et-C2)fr
A4
3411
A4
整体补强实际上包含在A2中
材料许用应力的比值，fr>1时取fr=1，eg;均为S30408,则比值为1
大值,此计算取B=2*dop
际外伸高度)，取较小值,,此计算选取 h1=√dop*δ nt
实际内伸高度)，取较小值,通常没有
红色为输入部分
外压
δ n(壳体开孔处的名义厚度) 14
δ nt(接管名义厚度) 10
691.8375 / / / /
C2(壳体腐蚀余量) 0
接管腐蚀余量 0
接管厚度负偏差 1
壳体厚度负偏差 0.3
接管外径 406.4
h2(内伸有效高度) 0
补强圈外径 750
补强圈厚度 10
制作:寻水的鱼 2019.12.4