开孔补强计算ZH

开孔与开孔补强的计算编程 过程装备与控制工程

1 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开孔与开孔补强的计算编程 过程装备与控制工程

钢制压力容器GB150-1998P74

主管口径(mm)主管实际壁厚(mm)主管材料屈服强度(MPa)接管口径(mm)接管实际壁厚(mm)

81333.445081333.4

主管计算壁厚(mm)接管计算壁厚(mm)强度削弱系数有效补强宽度(mm)有效补强高度(mm)

18.0666666718.0666666711626164.7853149

开孔削弱面积(mm2

)需要补强面积(mm2

)主管补强圈厚度h(mm)接管补强圈厚度h

0(mm)L(mm)

14688.2-2831.2163231010406.5

说明：

1.需要补强面积≤0时说明不必另外补强

2.实际补强面积≥需要补强面积时满足补强要求

3.实际多余焊缝面积≥0，取0为保守算法

4.表格中字母含义请参见《上海燃气工程设计研究有限公司标准图集》之T-7-07-1

输气管道工程设计规范GB50251-2003P59

接管内径(mm)补强区高度H(mm)

746.284.83641907

A1(mm2)A2(mm2)A3(mm2)AR(mm2)需要补强面积(mm2

)

11441.733332601.650185013481.34667-562.0368514

接管材料屈服强度(MPa)工作压力(MPa)设计系数

45060.3

主管多余面积(mm2

)接管多余面积(mm2

)多余焊缝面积(mm2

)

124665053.4163230

H(mm)实际补强面积(mm2

)

164.785314911425.7063

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]tt=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86.7mm2

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C2t=1.8mm[]=

-=

ctC

PDiP

sd

2

=

-=

PcPcdi

t

t

t][2sd

=--=)1()(2rtntfFCFdAddd

==dB2

1补强区平行于壳体或封头器壁方向294mm

的有效范围宽度175mm

B1、B2中较大值

B=294mm

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

1383mm

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=0mm

接管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

62.0mm

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

A3=16.0mm

1461.3mm

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53.1mm2

第 开孔补强设计

根据GB 150规定，当在设计压力Pc≤2.5MPa的在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm的 人孔需要补强。

1. 补强设计方法判别

按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径22Cddi=500+2×2=504 mm 。

∵ 2/iDd=3000/2=1500 mm

故可以采用等面积法进行开孔补强计算。

接管材料选用10号钢，其许用应力[σ]t=117MPa

根据GB150-1998中式8-1，开孔所需补强面积retfdA12

其中：壳体开孔处的计算厚度δ=17.758mm

接管的有效厚度21CCntet=20-0-2=18mm

强度削弱系数rtnrf/=117/170=0.689

所以开孔所需补强面积为retfdA12

=504×17.758+2×17.758×18×0.311

=4238.452mm

2. 有效补强范围

2.1有效宽度B的确定

按GB150中式8-7，得：dB21=2×504=1008 mm

ntndB22=504+2×18+2×20=580mm

B=max2,1BB=1008 mm

2.2有效高度的确定

(1）外侧有效高度h的确定

根据GB150中式8-8，得：

11h=ntdδ=18504=95.25mm

12h=接管实际外伸高度H=H1=280mm

1h=(min12,11hh=95.25mm

(2）内侧有效高度2h的确定 根据GB150-1998中式8-9，得：

21h=ntdδ=18504=95.25mm