圆形平盖开孔补强计算
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
圆筒、封头及开孔补强计算
1.00
厚度附加量
C需厚度
mm
7.66
t1℃
20
名义厚度
δn
mm
10
t2℃
50
开孔补强计算
圆
筒
许用应力计算 [σ ]t1
113
接管规格
DN
36
100
[σ ]t2
113
系数 P50；0.9 K1
内插值[σ ]t
113
开孔处计算厚度 δ
5.86
5.86
水压试验
接管外径
Dtw
250
400
680
壳体多余面积 A1
40.0
241.5
150
300
450
760
接管多余面积 A2
242.3
106.5
175
350
500
840
焊缝面积
A3
36.00
36.00
200
400
600
980
需另补强面积 A4
(215)
222
补强圈外径
Db
72
200
补强圈计算厚度 δ b
(5.98)
2.41
补强计算
圆筒、封头及开孔补强计算
设计条件
厚度计算
设计压力
P
MPa
0.880
圆筒
1.4
设计温度
t
CO
50
曲面高度
设备内径
Di
mm
1500
形状系数
材料
Q235-B
许用应力
[σ ]t
MPa
113.0
许用应力
[σ ]t
MPa
113.0
开孔与开孔补强的计算编程
第一章绪论1.1开孔补强的重要性在压力容器设计中，为满足工艺操作，容器制造、安装、检验及维修等要求，开孔是不可避免的。
由于容器开孔以后，不仅消弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力可以达到容器筒体一次总体薄膜应力的3倍，某些场合甚至会达到5~6倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步的提高。
又由于材质和制造缺陷等各综合作用，开孔接管附近就成了压力容器的破坏源—主要疲劳破坏和脆性裂口。
因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。
1.2 开孔补强的设计方法(一)等面积补强法采用此方法要求容器开孔后,在容器和接管连接处周围的补强金属必须等于或大于开孔缩消弱的金属量(已通过孔截面的投影面积计算)。
它是根据补强后，强度安全系数为4~5的经验制订，希望不降低容器开孔后的平均应力。
这种补强方法比较安全可靠，使用简便，就是在接管同时受到内压、弯矩、推力等作用也能够给出足够的安全裕度。
但对不同的接管进行补强时，会得到不同的应力集中系数。
等面积补强应以在开孔中心截面上的投影面积进行计算，使补强材料的截面积不小于因开孔而挖掉的金属面积。
补强材料一般需与壳体材料相同，补强材料许用应力小于壳体的时，补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。
若补强材料的许用应力大于壳体的许用应力，所需的面积不得减少。
(二)根据弹塑性失效准则的设计方法这种补强方法，允许补强后的容器在开孔附近出现塑性变形。
在一次加载过程中出现的一定量的塑性变形，在第二次以后的重复加载中，除了蠕变效应外，不会再出现新的塑性变形。
只要一次应力加上二次应力小于三倍许用应力即两倍的屈服应力，容器就认为是安定的。
这种补强方法是根据美国压力容器研究委员会(PVRC)在圆筒和球壳上装有单根圆筒形径向接管的研究结果得出，其基本的出发点是从应力分类中的安定性概念出发，为维持开孔接管区的安定而僵局部高应力点的虚拟应力限制于δ2s,且将开孔并补强后壳体的屈服压力维持在为开孔时的98%的屈服压力。
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。
补强圈尺寸计算公式
补强圈尺寸计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：圆形管道在工程施工中经常会用到，对于圆形管道上的圆环，我们需要进行合适的尺寸计算，以确保其牢固性和耐久性。
补强圈是一种增强圆环强度和稳定性的重要结构元件，其尺寸计算是一项关键的工作。
本文将介绍补强圈尺寸计算的基本公式和方法，希望能为工程人员提供一些参考和帮助。
我们来看一下补强圈的作用和结构。
补强圈通常位于圆环的内侧或外侧，是用来增加圆环的承载能力和抗拉能力的。
在圆环受到外部力或载荷作用时，补强圈可以有效地减小圆环的变形和应力集中，从而提高整个结构的稳定性和安全性。
补强圈通常采用钢材、铸铁或合金材料制作，其尺寸和形状也会根据具体工程需求来确定。
在进行补强圈尺寸计算时，首先需要确定圆环的直径和厚度，以及圆环所受的载荷和应力。
根据圆环的几何形状和力学特性，可以得到以下基本的补强圈尺寸计算公式：1. 补强圈的宽度计算公式：补强圈的宽度通常取决于圆环的直径和材料的强度。
一般来说，补强圈的宽度越大，其承载能力和抗拉能力也就越强。
补强圈的宽度计算公式可以表示为：\[b = K \times d\]b为补强圈的宽度，d为圆环的直径，K为一个根据具体工程情况确定的系数。
通过以上的基本公式，我们可以初步计算出补强圈的尺寸，并根据具体工程需求来进一步优化和调整。
在进行补强圈尺寸计算时，需要注意考虑圆环的几何形状、材料特性、载荷情况以及安全系数等因素，以确保补强圈的设计符合工程标准和要求。
补强圈的尺寸计算是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑多种因素，并依据科学的方法和理论来进行。
只有经过严谨的计算和评估，才能保证补强圈在工程实践中的有效性和可靠性。
希望本文的介绍能够为工程人员提供一些帮助和指导，使他们在实际工作中能够更好地应用和掌握补强圈的尺寸计算方法。
祝各位工程同行工作顺利，谢谢！第二篇示例：圈尺补强是指在圈尺上添加额外的材料以增加其结构强度和稳定性。
圈尺主要用于测量长度、角度和直线的工具，在建筑、机械、制造和制图等领域中得到广泛应用。
内压容器及开孔补强计算
p
K M
GB150 钢制压力容器
受内压标准椭圆形封头厚度 受内压非标准椭圆形封头厚度 δ δ 6.69 6.69 ㎜ ㎜ MPa ㎜ MPa ㎜
椭圆形封头的最大允许工作压力[Pw] 11.91 受内压碟形封头厚度 δ 53.40 1.52 12.27
蝶形封头的最大允许工作压力 [Pw] 受内压球冠形封头厚度 δ
温度下的计算厚度δp 受内压)(焊接)
70 105 1 172 0.3 ㎜ MPa MPa
厚度计算
76.92 ㎜
凸形封头设计温度下的计算厚度δ (仅受内压)
计算压力 Pc 10 137 1 180 45 1080 1200 1.8 204 8 1 1.33 ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ MPa MPa
设计温度下封头材料的许用应力 [σ ]t
目录
圆形平盖设计温度下的计算厚度 (仅受内压)(焊接)
平盖计算压力 Pc
设计温度下封头材料的许用应力 [σ ]t
焊接接头系数 封头内直径 封头曲面深度 蝶形封头半径 球冠形封头球面部分内半径 球冠形封头计算系数 蝶形封头过渡段转角内半径 封头有效厚度Βιβλιοθήκη 椭圆形封头形状系数 蝶形封头形状系数
Φ Di hi Ri Ri Q r δ
e
焊接接头系数 平盖计算直径 圆形平盖结构特征系数
Φ Dc K
GB150 圆形平盖厚度计算
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
容器开孔及开孔补强
容器开孔及开孔补强为了使压力容器能正常操作，在筒体和封头上常设置如进、出料口，压力表、温度计等接口及视镜、液面计等附件。
为了安全以及维修方便，“容规”第40条也规定，压力容器必须开设检查孔（包括人孔、手孔、螺纹管塞检查孔）。
因此，在容器上开孔是不可避免的，主要是要考虑开孔的位置，大小、连接结构和开孔补强问题。
1．容器开孔附近的应力集中压力容器开孔后，不但削弱器壁强度，而且，在开孔附近形成应力集中。
（1）应力集中系数容器的开孔集中程度是用应力集中系数K来表征的，“K”的定义是开孔处的最大应力值与不开孔时最大薄膜应力之比。
开孔接管处的应力集中系数主要受下列因素影响：a．容器的形状和应力状态由于孔周边的最大应力是随薄膜应力的增加而上升的，圆壳的薄膜应力是球壳的两倍，所以圆筒壳的应力集中系数大于球壳。
同理，圆锥壳的集中系数则高于圆筒壳。
b．开孔的形状、大小及接管壁厚开方孔时应力集中系数最大，椭圆孔次之，开圆孔最小。
接管轴线与壳体法线不一致时，开孔将变为随圆形而使应力集中系数增大。
开孔直径越大，接管壁厚越小，应力集中系数越大，故减小孔径或增加接管壁厚均可降低应力集中系数。
插入式接管的应力集中系数小于平齐接管。
（2）容器开孔接管处应力集中的特点在实际上生产中，容器壳体开孔后均需焊上接管或凸缘，而接管处的应力集中与壳体开小圆孔时的应力集中并不相同。
在操作压力作用下，壳体与开孔接管在连接处各自的位移不相等，而最终的位移却必须协调一致。
因此，在连接点处将产生相互约束力和弯矩。
故开孔接管处不仅存在孔边集中应力和薄膜应力，还有边缘应力和焊接应力。
另外，压力容器的结构形状、承载状态及工作环境等，对接管处的应力集中的影响均较开孔复杂。
所以，容器接管处的应力集中较小孔严重得多，应力集中系数可达3-6。
但其衰减迅速，具有明显的局部性，不会使壳体引起任何显著变形，故可允许应力峰值超过材料的平均屈服应力。
开孔补强的目的的在于使孔边的应力峰值降低至允许值。
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究.docx
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究应力集中危害问题要通过正确的方式强化管理，实现补强计算分析，进而充分的保障压力容器的安全性，提升整体的经济性。
通过开孔补强计算方式，可以有效的解决此种问题。
1.压力容器圆筒大开孔补强计算方法应用价值多数工程具有复杂化、大型化以及工艺特殊的特征，在施工中一些压力容器要通过较大的开孔接管进行处理，此种方式会转变原有容器的应力状态，消弱压力容器的强度。
针对与柱壳容器，开孔之后会导致其受到接管弹性约束的影响，导致容器主管的开孔附近受到薄膜应力状态轴向力以及环向力的影响，出现弯矩以及扭矩等问题。
为了提升整体稳定性，在实践中针对一些大开孔设计y要通过科学合理的方式分析受力状况，进而保障施工安全性，提升整体质量。
2.压力容器圆筒大开孔补强计算方法2.1压力面积法通过欧盟标准压力面积法，综合我国实际状况，在被开孔削弱面积补在孔的周围，给出其需药补强的具体面积，不计孔周边的应力集中问题。
开孔补强设计主要的要求就是基于结构进行静力强度分析，基于一次应力强度出发，分析开孔边缘二次应力安定性。
综合其安全系数以及实践经验系统分析。
此种方式对于开孔边缘的应力强度进行分析是否满足一次总体以及局部中对于薄膜应力静力强度要求。
通过对补强范围材料平均薄膜应力控制的方式达到进行应力强度的控制与管理，要保障其在一倍的许用应力。
综合压力在壳体受压面积产生的荷载以及有效补强范围中的课题、接管。
补强材料面积承载能力平衡的相关静力平衡条件则可以确定其进行接管补强计算的方式。
在壳体以及接管、补强材料相同的时候要根据以下公式进行补强计算公式为：P表示的是设计压力。
2.2分析法分析法就是根据弹性薄壳理论获得的应力分析方式。
主要就是在内压作用之下其具有径向接管圆筒开孔的补强设计分析。
分析法设计准则与压力面积法之间具有一定的差别。
此种方式的模型假定接管以及壳体属于连续性的整体型结构，其计算模型如下图所示。
在应用分析法的时候，要保障焊接接头的质量，保障其整体焊透性。
圆形平盖开孔补强问题的讨论
用 于平 盖单 个 开孑 Ｌ 。对 于平 盖 上 开 多 个孔 ， 标 准
中给 出的是修 正平 盖特 征 系数然 后计 算加厚 平 盖 的方法 ， 且计 算 方法 与 ＧＢ １ ５ ０ —１ ９ ９ ８的 不一 致 ， 下 文 中均用 “ ③” 替 代 表示 。
２ 算例
下 面对 在低 压 、 中压 和 高压 三 种 工 况 下 的平 盖 开孔 ， 分别 采用 两个 版本 标准 的方 法进行 计算 。 为 了便 于分 析 和使 计 算 结果 更 加 直 观 ， 所 用 算 例 不 考 虑 法 兰 力 矩 的影 响 ， 采 用 的是 ＧＢ １ ５ ０ ． ３ —
表４ ， 多个 开孔 （ 间距 ２ ５ ０ ａｍ） ｒ 计 算结 果见 表 ５ 。 ３ 算例 分析 及相 关 问题 讨论 １ ）采 用 不 同 的补 强 计 算 方 法 ， 其 结 果 也 不 同， 且有 时 两者相 差较 多 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ３ — ２ ０ 。
２ ０ １ １ （ （ 压力 容器 》 ‘ 和 ＧＢ １ ５ ０ —１ ９ ９ ８ （ （ 钢制 压 力 容 器》 ‘ 的有 关规 定存 在 着 差 异 ， 《 Ｇ Ｂ １ ５ Ｏ 一２ Ｏ １ １ ＜ 压力容 器 ＞标 准 释 义 》 Ｄ 一 书 中针 对 规 定 的 变 化 提 出了“ 设 计人 员在 平盖 开孔 计算 时 ， 有设计 不 当 或重 复补 强现 象 ， 造 成材 料 浪费” 的说 法 。在实 际 工程设 计 时 ， 确 实 存 在 如何 合 理 运 用 标 准 中的 规 定来解 决 平盖 开孔 的设计 问题 。本 文 通过对 比相
为 了更 清 楚 的 分 析 ， 将 ＧＢ １ ５ ０ ． ３ —２ ０ ｌ ｌ和
平盖开孔补强问题的讨论
（ 2）
k = ( 1 - c O /c ) 1 #( 1 - dO / d )2 - (1 - dO / d ) 因必为正值， 故 k = ( 1 - c O /c ) + #( 1 - dO / d )2 - (1 - dO / d )
（ 4）
2001 年第 5 期
・ 17・
可见平板开孔所需补强面积与开孔面积之比， 随平板直径与开孔直径之比而变化取不同值，可得 相应值如表 2。
2
平盖开孔几种计算方法的讨论
我们这里讨论的平盖开孔是指平盖开孔直径小
于等于 0. 5 倍平盖直径的情况。
（d） 图l （e）
第一种： 在平盖计算时， 考虑开孔尺寸 （称为 “平 盖整体补强计算法” ）按 GBl50 - l998 式（ 7 - 29） ~ 式 （ 7 - 3l） ， 将其中系数 K 改用 K /! 进行计算， 以确 定平盖所需厚度。其中 K 为平盖结构特征系数， !为 （ 8 - 6） 计算。图 开孔削弱系数。 ! 按 GBl50 - l998 式 平盖厚度采用该方法计算。 b 结构中， 第二种： 平盖开孔补强， 考虑按外加补强元件计 算 （称为 “补强圈计算法” ） 平盖开孔所需最小补强面 积按 GBl50 - l998 式 （ 8 - 5） 计算。 图 lc、 图 lc 结构， 采用该方法计算。 图 lc 是图 lc 结构上的转换， 把补 强圈补强时的所需补强圈的计算厚度，转换为平盖 所需增加的厚度。 第三种： 平盖开孔补强， 考虑按外加补强元件计 算 （称为 “厚壁管计算法” ） 该方法根据平盖的开孔补
・ 16・
化 工 设 备 与 管 道
第 38 卷
强原则（即应使补强后平盖的弯曲强度与开孔前保 持不变） 进行计算。事实上， 第二种方法同样根据平 盖的开孔补强原则，得出平盖开孔所需的补强面积 为开孔削弱的强度面积 0. 5 倍。但笔者认为用厚壁 管进行补强计算时， 该系数则不能成立。 故将二者分 开， 称其为 “补强圈计算法” 和 “厚壁管计算法” 。 下面我们用工程一实例进行比较说明。 容器设计压力 4. 5Mpa，设计温度 60C ，需在 开 DN 150 的孔， 容器的腐蚀 DN 500 的人孔的平盖上， 裕量 1. 5mm。具体结果如表 1 所示。
等面积法开孔补强计算
a） 有效宽度 B 按式（6-6）计算，取二者中较大值；
⎧ ⎪2d op B=⎨ ⎪ ⎩d op + 2δ n + 2δ nt
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：
································（6-6）
⎧ ⎪ d opδ nt h1 = ⎨ ⎪ ⎩接管实际外伸高度
接管外径 接管壁厚 25 32 ≥ 3.5 38 45 ≥ 4.0 48 57 ≥ 5.0 65 76 ≥ 6.0
mm
89
注： 1 钢材的标准抗拉强度下限值 Rm≥ 540 MPa 时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。 2 表中接管壁厚的腐蚀裕量为 1 mm，需要加大腐蚀裕量时，应相应增加壁厚。
Ae = A1 + A2 + A3
式中： Ae——补强面积， mm2 ；
································（6-9）
A1——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积（按式 6-10） ， mm2 ；
A1 = B − d op (δ e − δ ) − 2δ et (δ e − δ )(1 − f r ) ······························ （6-10）
6.2 6.2.2
术语、定义和符号 GB150.1 通用要求中界定的术语和定义适用于本章。 符号
6. 2.1
A——开孔削弱所需要的补强截面积， mm2； B——补强有效宽度， mm；
1
GB 150.3—2010 C——厚度附加量（按 GB150.1 规定） ， mm； Cs—— 圆筒厚度附加量； Ct ——接管厚度附加量； D ——圆筒中面直径， mm； Di——圆筒内直径， mm； Do——平盖直径， mm； dop——开孔直径， mm； d——接管中面直径， mm； do——接管外直径， mm； fr——强度削弱系数； g ——接管补强系数； h —— 圆筒补强系数； h1——外伸接管有效补强高度， mm； h2——内伸接管有效补强高度， mm； K ——等效总应力集中系数；
开孔与开孔补强解读
等面积补强法对开孔边缘的二次应力的 安定性问题是通过限制开孔形状、长短径之 比和开孔范围（开孔率）间接加以考虑的， 使孔边的局部应力得到一定的控制。 等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问 题未加考虑，为此不适用于疲劳容器的开孔 补强。
2. GB150.3-2011中开孔补强的计算包括等面 积法和分析法。 2.1适用范围：
3.4多个开孔的等面积法
当任意两个相邻开孔的中心距小于两孔 直径之和，而使其补强范围彼此重叠时，在 通过两孔中心点连线的壳体法截面内采用联 合补强。
4.圆筒径向接管开孔补强设计的分析法 适用范围
谢谢大家
3.2单个开孔补强的等面积法适用范围：
3.3补强的结构形式 1）补强圈补强
接管壁厚选用，特别是小接管的壁厚选 用常出现不合理的现象。 对于要求接管与壳体的焊接接头采用全 焊透的结构时，接管壁厚应取≥1/2壳体壁厚 或取接管壁厚≥6mm两者的较小值。 对于坡口熔敷金属量大的焊接接头，当 壳体壁厚大于16mm时接管壁厚应大于8mm； 当壳体壁厚较大（壁厚≥ 20mm）时，接管与 壳体的连接焊缝宜采用双面坡口。 对于低温压力容器，与壳体相焊的接管 壁厚应不小于5mm，其中DN≤50的短接管宜 采用锻造的厚壁管或异径管。
压力容器开孔以后，可引起三种应力： a.局部薄膜应力 压力容器壳体一般承受均匀的薄膜应力， 即一次总体薄膜应力。壳体开孔以后，使壳 体上开孔所在截面的承载面积减少，使该截 面的平均应力增大。开孔边缘的应力分布的 特点是应力分布不均匀。在离开孔较远处， 应力几乎没有变化，而增大的应力则集中分 布在开孔边缘。由此引起很大的薄膜应力， 即所谓的局部薄膜应力。
螺栓连接圆形平盖开孔补强计算
1. 一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁 大连 116600
62
CFHI
2018 年 第 3 期（总 183 期）
yz.js@
CFHI TECHNOLOGY
1.1 文献 [1] 的补强计算方法
文献 [1] 中给出了平盖厚度的计算公式：
姨 啄P=Dc
KPC 蓘 滓 蓡 t覫
（1）
开孔直径之和的最大值是针对开多孔的选项 （见图
1），单个开孔计算时不在此框内输入孔径。单个开
孔的补强一定要严格按照标准，通过增加补强元件
面积的方法补强。
1.2 文献 [2] 的补强计算方法
文献 [2] 中，对螺栓把合的圆形平盖，虽然 计算平盖厚度公式的写法与文献 [1] 不同，但经 过推导可以发现在文献 [2] 中，对于平盖的开孔 补强，当开孔直径不超过平盖直径的一半时，以保 证补强后平盖抗弯截面系数不变的方法，通过加厚 相应元件来补强。补强面积按照文献 [2] 中 10.2.4 计算。需要注意的是，文献 [2] 中并未给出区别 多孔和单孔补强的计算方法；而且文献 [2] 与文 献 [1] 对开孔补强宽度的规定也不同，但是平盖 的补强宽度的规定是一样的，即两者对平盖补强的 计算方法相同。
臆0.5
时，如
K1 v
跃K， 则 以
K1 v
代替式
（1） 中的 K，否则直接取 K 值计算平盖厚度。当
K1 v
跃0.5 时，应采用其他设计方法。
综上所述，文献 [1] 对平盖上单个开孔和多
个开孔的计算方法做了明确的划分，在使用过程中
一定要注意区分。因为在利用 SW6 软件进行计算
时，其中对开孔的输入，软件输入中同一横截面上
A =0.5dop啄P
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
一种开孔壳体补强度计算方法
一种开孔壳体补强度计算方法壳体是工程中常见的结构形式，用于承受外部荷载并保护内部设备或空间。
在某些情况下，壳体需要开孔处理以满足特定的设计要求。
开孔会削弱壳体的强度，因此需要对开孔壳体进行补强计算。
在计算开孔壳体的补强时，需要考虑壳体的几何形状、材料性质和外部荷载等因素。
本文提出了一种基于经验公式和有限元分析的开孔壳体补强度计算方法。
需要确定壳体的几何形状。
常见的开孔形状包括圆形、方形和长方形等。
根据开孔形状的不同，可以选择不同的计算公式进行计算。
对于圆形开孔壳体，可以使用经验公式计算其剩余强度。
根据经验公式，圆形开孔壳体的补强系数为0.34，即开孔壳体的剩余强度等于无开孔壳体的强度的0.34倍。
对于其他形状的开孔壳体，可以通过有限元分析计算其剩余强度。
有限元分析是一种常用的工程计算方法，可以较准确地模拟开孔壳体的受力和变形情况。
通过有限元分析，可以计算出开孔壳体在给定外部荷载下的应力和变形，并与无开孔壳体进行对比，得出剩余强度。
除了几何形状，还需要考虑材料性质的影响。
开孔壳体的材料性质包括强度和刚度等。
强度是指材料抵抗应力破坏的能力，刚度是指材料抵抗变形的能力。
在进行补强计算时，需要选择合适的材料参数，以确保计算结果的准确性。
需要考虑外部荷载的影响。
外部荷载是指作用于壳体表面的力或压力。
在进行补强计算时，需要考虑外部荷载对壳体的影响，以确定补强的位置和强度。
一种开孔壳体补强度计算方法包括确定几何形状、选择适当的材料参数、进行有限元分析和考虑外部荷载等步骤。
通过这种计算方法，可以准确地评估开孔壳体的强度，并设计合适的补强措施，确保壳体在工作条件下的安全可靠性。
开孔补强计算
mm
壳体厚度负偏差C1
0
mm
壳体腐蚀裕量C2
1
mm
壳体材料许用应力[σ]t
170
MPa
接管实际外伸长度
250
mm
接管实际内伸长度
0
mm
接管材料
16MnR(热轧)
接管焊接接头系数
1
名称及类型
板材
接管腐蚀裕量
1
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C1t
150
mm
接管实际内伸长度
0
mm
接管材料
20(GB8163)
接管焊接接头系数
1
名称及类型
管材
接管腐蚀裕量
1
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C1t
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
0
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
170
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
8.333
mm
接管计算厚度δt
1.481
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
开孔直径d
504
mm
补强计算
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。
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。
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。
——用凸缘构成的视镜称不带颈视镜，它结构简单，不易粘料 ，有比较宽阔的视察范围。 ——标准中视孔的公称直径有 50～150 mm五种，公称压力达 2.5 MPa ，设计时可选用。
当视镜需要斜装或设备直径较小时，需采用带 颈视镜，视镜玻璃是硅硼玻璃，容易因冲击、振动 或温度剧变破裂，此时可选用双层玻璃安全视镜或 带罩视镜。
人孔的形状人孔的形状圆形圆形400mm400mm和椭圆形和椭圆形450mm450mm350mm350mm人孔形式人孔形式常压人孔回转盖板式平焊法兰人孔回转盖带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垂直吊盖带颈对焊法兰人孔水平吊盖板式平焊法兰焊法兰人孔常压旋柄快开人孔椭圆形回转盖快开焊法兰人孔常压旋柄快开人孔椭圆形回转盖快开化工设备上常用的人孔结构回转盖板式2螺栓
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
补 强方法 ，采用 厚 壁管 补 强 。ＳＷ６计 算 得 出 平 盖 出人孔 ２、３的平 盖计 算 厚 度均 为 ４６．４８ｍｍ，而标
计 算厚度 为 ４６．４８ｍｍ，而 标 准型 式 的平 盖 厚 度 为 准型 式 的平 盖 厚 度 为 ５８ｒ ａｍ，因此 平 盖 的 最 终 厚
平 封头 （平板 ）上 有 多个 开 孔 时 ，任 意 两 开 孔 直径 之 和不超 过 封 头 直 径 的 ０．５倍 、任 意 两 相 邻开 孔 中心 的 间距不 小于 两孔 直径 之 和的按 照单 个 开孑Ｌ进行 计算 ；增 加 平 盖厚 度 进 行 补 强 的 方 法 适 用范 围为 ：平 盖 危 险径 向截 面上 各 开 孑Ｌ宽 度 总
第 ４５卷 第 ２期
化 工 机 械
１９３
圆形 平盖 开 孔 补 强计 算
王 金 花
（中海 油 石 化 工 程 有 限公 司 ）
摘 要 对 于 圆 形 平 盖 上 开 孔 ，ＧＢ １５０—２０１ｌ针 对 不 同 的 开 孔 情 况 分 别 给 出 了补 强 计 算 方 法 ，通 过 工 程
算例 计 算 ，结 合 前 人 的研 究成 果 ，建 议 平 盖 上 开 多 个孔 时尽 量使 平 盖 上 相 邻 开 孔 中 心 的 间 距 不 小 于 两 孔
直径 之 和 。 另 外 对 比 了 ＳＷ６和 ＰＶ软 件 在 计 算 平 盖 单 个 开 孔 补 强 的 不 同 ，如 果 开 孔 满足 ＧＢ １５０－２０１１中
。 ＩＩ
Ｉ
：
ｌ
Ｉ
：
ｌ
ｊ Ｕ 【Ｊ
ｌ５０
一
Ｔ Ｔ：１ Ｔ
Ｈ ‘
’ Ｉｌ
ｌ
：
ｌ
ｌ８０
１５０
＠…＠ ＠…＠
人 孔 １
人 孔 ２
人 孔 ３
人－ｆＬ４
图 １ 人 孔 １～４法 兰盖 上 管 口 开 设 详 图
对 于 人 孔 １，由于 平 盖 开 单 个 孔 ，对 比 常 见 的 当 Ｋ ／ｖ＞０．５时 ，应 采 用其 他 设 计 方 法 。计 算 得
作 者 简 介 ：王 金 花 （１９８７－），助 理 工 程 师 ，从 事 石 油 化 工 设 备 的设 计 工 作 ，ｕｐｃｗａｎｇｊｉｎｈｕａ＠ １６３．ｃｏｒ ｎ。
１９４
化 工 机 械
２０１８
舀
ｊ¨ＩＪ
ｊＩＪ 一１８０ Ｔ Ｔ Ｔ
１ ５０
一
Ｔ －ｌｉБайду номын сангаасｔ Ｔ
．
ｌＩ
不 另行 补 强 的 条件 则 用 ＰＶ软 件 计 算 ，如 果 不 满足 则 用 ＰＶ 或 ＳＷ６软 件 计 算 均 可 。
关 键 词 平盖 法 兰 人 孔 压 力 容 器 开 孔 补 强 补 强 计 算 计 算 软 件
中 图分 类 号 ＴＱ０５０．２
文 献 标 识 码 Ａ
文 章 编 号 ０２５４－６０９４（２０１８）０２￣１９３－０４
和不 超过 Ｄ ／２（Ｄｉ为 圆筒 内 径 ），任 意 相 邻 两 孔 中心距 大 于两孔 平 均直 径 的 １．５倍 且 小于 或等 于 ２倍 。 ２ 算例 结果
某 炼化 公 司一 台埋 地 卧 式容 器 ，其 工 艺条 件 如 下 ：
设 备 内径 ３ ２００ｍｍ 简 体 长度 ７ ９２０ｍｍ 最 高 工作压 力 １．０ＭＰａ 最 高工 作温 度 ４０￣Ｃ 介 质 含硫 污 水 埋 地深 度 ５００ｍｍ 根 据上 述工 艺 条件 ，按照 标准 规范 ，设计 压力 取 １．１８／一０．１０ＭＰａ，设 计 温 度 取 ８０￣Ｃ，腐 蚀 裕 量 取 ６ｍｍ，焊 接 接 头 系 数 为 １．０，设 备 简 体 材 料 为 Ｑ２４５Ｒ。按 照 工 艺 条 件 ，在 设 备 上 设 置 两 个 ＰⅣ２．５ＭＰａ、ＤＮ５００ｍｍ 的水 平 吊盖 带 颈 对 焊 法 兰 人 孔 １、２，并 在 人 孔 １上 开 设 一 个 ＰＮ２．０ＭＰａ、 ＤＮ１５０ｍｍ 管 口 ，然 后 在 人 孔 ２ 上 开 设 一 个 ＰＮ２．０ＭＰａ、ＤＮ１５０ｍｍ 管 口 和 一 个 ＰＮ５．０ＭＰａ、 ＤＮ８０ｍｍ管 口，两 孔 中心 线 间距 为 ３３０ｍｍ。 为方 便 对 比 ，另 外 设 置 一 个 ＰＮ２．５ＭＰａ、ＤＮ５００ｍｍ 水 平 吊盖 带 颈对 焊 法 兰 人 孔 ３，人 孔 ３上 开 孑Ｌ同 人 孔 ２，两孔 中心 线 间距为 ３００ｍｍ（图 １）。
随 着 人 们 安 全 环 保 意 识 的增 强 ，埋 地 设 备 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 埋 地 设 备 由 于 设 置 在 地 下 ，具 有 油 品蒸 发 损 耗 小 、防 火 、防 爆 能 力 强 和节 省 土 地 资 源 的 优 点 ，因 此 被 广 泛 用 于 加 油 站 、油 库 等 地 ，用 来 储 存 汽 油 、煤 油 及 柴 油 等 燃 料 。对 于 埋 地 卧 式 容 器 来 说 ，由 于 设 备 埋 在 地 下 ，通 常 需 在 容 器 壳 体 上 开 设 ２～３个 人 孔 ， 工 艺 管 口一 般 分 布 在 人 孑Ｌ盖 上 ，这 就 涉 及 平 盖 上 开 孔 补 强 的 问题 。 ＧＢ １５０．２０１１给 出 了平 盖 开 孔 补 强 的 计 算 方 法 … ，但 是 在 实 际 工 程 设 计 中发 现 了一 些 问题 ，通 过 与 ＧＢ １５０－１９９８进 行 对 比 ，并 结 合 前 人 的 研 究 成 果 ’ ，给 出 了平 盖 开 孔 补 强 的设 计 指 导 建 议 。 １ ＧＢ １ ５０－２０１ １平盖 开孔 补 强设计 方 法简述
平 盖 上 开 单 个 孔 ，且 开 孔 直 径 ｄ。。＜０．５Ｄ。 （Ｄ 取 平盖 计 算 直径 ，对 于 非 圆 形 平 盖取 短 轴 长 度 ）时 ，所需 最小 补 强面积 Ａ＝０．５ｄ。。艿 ，６。为 平 盖 厚 度 ，文献 ［５］验 证 了所 需 最 小 补 强 面 积 适 用 于 补 强 圈补 强也适 用 于厚壁 管 补强 。