压力容器基础知识 - 开孔和补强

◆ 标准补强圈的选用
若需采用补强圈补强 ，可采用以下程序来选择标准补 强圈：
● 确定补强圈的尺寸； ● 由设备的工艺参数决定补强圈的结构； ● 补强圈材料取与被补强壳体材料相同。
五、标准补强圈及其选用 ◆ 标准补强圈
为了使补强设计和制造更为方便，中国对常见的补强 圈及补强管制定了相应的标准，补强圈标准为HG21506， 补强管标准为GHJ527。标准补强圈的直径和厚度就是按 等面积补强法计算而得出的。
◆ 标准补强圈结构
根据内侧焊接坡口的不同，补强圈分为A、B、C、D、 E、F六种结构.
二、对容器开孔的限制 ◆ 当圆筒内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d ≤Di/2， 且d ≤520mm；当圆筒内径Di＞1500mm时，开孔最大直径 d ≤Di/3，且d ≤1000mm。 ◆ 凸形封头或球壳上开孔时，开孔最大直径d ≤Di/2。 ◆ 锥壳上开孔时，开孔最大直径d≤Di/3，Di为开孔中心 处锥壳内径。 ◆ 在椭圆形或碟形封头的过渡区开孔时，孔的中心线宜 垂直封头表面。
◆ 等面积补强的计算
● 计算筒体或球壳上开孔后被削弱的金属截面积A 筒体上开孔后被削弱的金属面积A是指筒体在轴向截面 上开孔的投影面积。 按下式计算
A d 2 et (1 f r )
等面积补强计算图
● 确定有效补强范围
▲ 有效补强范围 由于开孔处应力集中产生在孔周围很小的范围内，所 以只有在此范围内的补强金属才有效，称之为有效补强 范围。 ▲ 有效宽度B
积；
A1 ( B d )( e ) 2 et ( e )(1 f r )
A2— 接管有效厚度减去计算厚度之外多余的金属面积；
A有效补强区内焊缝的截面积，具体计算见图。 2 2h1 ( et t ) f r 2h2 ( et C 2 ) f r A3—
补强圈补强又称贴板补强，在接管处容器的内外壁上围 绕着接管焊上一个圆环板，使容器局部壁厚增大，降低应 力集中，起到补强的作用。 补强圈补强的应用条件
▲ 被补强壳体材料的标准拉伸强度不超过540MPa；
补强结构
▲ 被补强壳体的名义厚度不超过38mm；
▲补强圈的厚度不超过壳体的名义厚度的1.5倍。 ● 厚壁接管补强
●整锻件补强 整锻件补强是在开孔处焊上一个特制的整体锻件，补强 金属集中在应力最大的部位，采用对接焊且使接头远离 应力集中区域，补强效果最好、特别是抗疲劳性好。但 锻件加工复杂、且成本高，所以只用在重要的设备上。 如容器受低温、高温，交变载荷的较大开孔等。
四、等面积补强的计算
◆等面积补强法的原则
在有效补强范围内的补强金属截面积要大于或等于开孔 中心在壳体纵截面内开孔而被削弱的金属面积。
B 2d B d 2 n 2 nt
Leabharlann Baidu
取两者中的较大值
▲ 外侧有效高度h1
h1 d nt
取两者中的较小值
h1 接管实际外伸高度
▲ 内侧有效高度h2
h1 d nt h 接管实际外伸高度
取两者中的较小值
1 ● 计算有效补强范围内可以用来补强的金属截面积
A1—壳体的有效厚度减去计算厚度之外多余的金属面
以上A1、A2和A3三部分有效补强面积都不是由补强圈 提供的，如果A1+A2+A3≥A，则开孔后不需另行补强；如 果A1+A2+A3＜A，则开孔后需要另行补强，所增加的补强 金属截面积为A4，应满足 ：
A4 A ( A1 A2 A3 )
A4 由上式可得补强圈的厚度为 c D2 D1 注意： 补强时，所使用的补强材料一般需与壳体材料相同， 若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面 积应随壳体材料与补强材料许用应力之比而增加；若补 强材料许用应力大于壳体许用应力，则所需补强面积不 得减少。 对于椭圆形、碟形封头的开孔补强计算可参见GB150 中的有关规定。
标准补强圈结构
◆ 补强圈结构的适用范围 A型适用于无疲劳、无低温及大的温度梯度的一类压力 容器，且要求设备内有较好的施焊条件。 B型适用于中压、低压及内部有腐蚀的工况，不适用于 高温、低温、大的温度梯度及承受疲劳载荷的设备。S 取管子名义壁厚的0.7倍，一般δn t=δn/2 (δn t为 接管名义厚度；δn为壳体名义厚度)。 C型适用于低温、介质有毒或有腐蚀性的操作工况，采 用全焊透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2； 当δn＞16 mm时，δn t≥8mm。 D型适用于壳体内不具备施焊条件或进入设备施焊不便 的场合，采用全焊透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2；当δn＞16 mm时，δn t≥8mm。 E型适用于储存有毒介质或腐蚀介质的容器，采用全焊 透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2；当δn ＞16 mm时，δn t≥8mm。 F型适用于中温、低温、中压容器及盛装腐蚀介质的容 器，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2，当δn＞16 mm时，δn t≥8mm，且接管公称直径DN≤150 mm.
◆ 壳 体开孔满足下列全部条件时，可不另行补强（可不采
取专门的补强措施）
● 设计压力不超过2.5 MPa； ● 两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不
小于两孔直径之和的两倍；
●接管外径不超过89mm； ●接管最小壁厚满足表4-10的要求。
三、补强结构 ◆常用的补强结构
补强圈补强、厚壁接管补强 、整锻件补强 ●补强圈补强
厚壁接管补强就是在开孔处焊上一个特意加厚的短管， 这样可有效地降低开孔周围应力集中的程度，采用的入 式接管则补强效果更佳。 厚壁接管补强的应用条件
对大量使用的高强度低合金钢容器，大多采用这种结 构。在用于重要设备时，焊缝应采用全焊透结构，在确 保焊接质量的前提下，这种形式的补强效果接近整锻件 补强。
子任务四
一、开孔类型及对容器的影响 ◆ 开孔类型
开孔与补强
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。