ASME标准培训 开孔补强

A1 =1.851 in2 或
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ASME 规范第 VIII-1 卷 -- 压力容器开孔补强
= 2(t + tn )(E1t − Ftr ) − 2tn (E1t − Ftr )(1 − f r1 ) = 2(0.750 + 0.307)(1× 0.750 −1× 0.442) − 2 × 0.307(1× 0.750 −1× 0.442)(1 −1) = 0.651 in2
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ASME 规范第 VIII-1 卷 -- 压力容器开孔补强
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.
A = dtr F + 2tntr F (1 − f r1 ) F = 1; θ = 0; fr1 = Sn/Sv = 15/13.8 = 1.09 ≈ 1
= 6.0011(0.442)(1) + (2)(0.307)(0.442)(1)(1 - 1) A = 2.657 in2 可供补强的面积
A1 = (壳体的富余厚度)取以下较大值 = d (E1t − Ftr ) − 2tn (E1t − Ftr )(1 − f r1 ) = 6.011(1× 0.750 −1× 0.442) − 2 × 0.307(1× 0.750 −1× 0.442)(1 −1)
A2 = (管接头的富余厚度)取以下较小值 = 5(tn − trn ) fr2t = 5 × (0.307 − 0.052) ×1× 0.750 = 0.960
= 5(tn − trn ) fr2tn = 5 × (0.07 − 0.051) ×1× 0.307 = 0.393 A2 =0.393 in2
腐蚀余量
1. A1：壳体上富余厚度提供的补强面积 2. A2：延伸到壳体外侧的管接头富余厚度提供的补强面积 3. A3：延伸到壳体内侧的管接头富余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
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。
相距较近的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 tr 碟形封头，tr 是按附录 1-4(d)计算的要求厚度，使用 M = 1。 椭圆封头，tr 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-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)。
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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)。
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：
(1+1.5cosθ )(d1 + d2 ) − 对 于 圆 形筒体和锥壳；
2.5(d1 + d2 ) − 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。
t = 平封头或平封盖的最小要求厚度。
或
按 UG-34 计 算 增 加 封 头 的 厚 度 [UG-39(d)(1)]。
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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：
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(UG-36)
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，但规范 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。
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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）
(c) 内压设计。对于承受内压的筒体或封头，在任何通过开孔的给定平 面内所要求的总补强截面积 A 应不小于：
A = dtr F + 2tntr F (1 − f r1 )
(d) 外压设计。 1) 承受外压的单壁容器，所要求的开孔补强面积仅为上述 c)要求 的 50%即可，式中的 tr 是根据外压下容器厚度计算要求确定的 要求壁厚。 2) 多层容器每层上所要求的开孔补强面积，当壳体承受外压时， 应符合上述 1)；当壳体承受内压时，应符合上述 c)，不论连接 到一层或多层壳体的共同接管是否采用焊接方式。
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。
t = 0.750 in. = 0.875 – 0.125 tn = 0.307 in. = 0.432 – 0.125 d = 6.011 in. = 5.761 – 2(0.125) Rv = 24.125 in. = 48/2 + 0.125 RN = 3.006 in. = 5.761/2 + 0.125
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）。
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要求的壁厚：UG-27(c)(1)
tr
=
PR SE − 0.6P
= 250 × 24.125 13800 ×1.0 − 0.6 × 250
= 0.442
in.
t rn
= PR =
250 × 3.006
= 0.051
SE − 0.6P 15000 ×1.0 − 0.6 × 250
in.
要求的补强面积：
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。见 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
(e) 内、外压设计。 承受内、外压的容器，所要求的补强面积应符合上述 c)对于承受内 压的要求，同时还应符合上述 d)对于承受外压的要求。
(f) 对于所要求的补强面积和可供补强的面积，Fig. UG-37.1 给出了详 细的计算公式。
Section VIII, Div. 1 UG-37
提供补强
可供补强有五个方面：
式中：
Rn = 开孔腐蚀后的半径 tn = 管接头扣除负偏差后的壁厚 t = 容器的壁厚 te = 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。
对于安放式管接头，fr1 = 1.0
A = dtrF
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 + ttn(1 – fr1) 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）
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