Lesson 3b 开孔补强.docx
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Lesson 3b 开孔补强.docx
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Lesson3b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
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。
UG-36(b)开孔的尺寸
1.对于壳体内径60”(1250mm),开孔尺寸不得大于直径的1/2,最大不超过20”(508mm)。
2.对于壳体内径60”(1250mm),开孔尺寸不得大于直径的1/3,最大不超过40”(1000mm)。
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
容器上的开孔如果不承受压力的快速波动,在满足以下要求的情况下,开孔除自身结构的补强外,不须另外补强。
a)对于焊接或钎接接头,最终开孔的直径不大于:
●3-1/2in.(89mm)–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm);
●2-3/8in.(60mm)–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm)。
b)对于螺纹连接或胀接接头,壳体和封头上的开孔直径不超过2-3/8in.(60mm).
c)任何两个未加补强的开孔,其中心距不得小于两孔直径之和。
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:
对于圆形筒体和锥壳;
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。
要求的补强面积
(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:
(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。
(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。
UG-37在内压或外压下要求的补强面积(筒体和封头)
SectionVIII,Div.1UG-37
提供补强
可供补强有五个方面:
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
腐蚀余量
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。
UG-40补强区域
与容器壁相平行的方向,取以下较大值:
d–开孔腐蚀后的直径
Rn+t+tn
与管接头壁相平行的方向,取以下较小值:
2.5t
2.5tn+te
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。
强度降低系数:
fr=
式中:
Sn=补强材料的许用应力
Sv=容器材料的许用应力
以下举例说明fr的使用:
A=dtrF+2tntrF(1-fr1)
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)
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)]。
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:
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。
平封头上多个开孔的补强要求
UG-39(b)
(2):
相距较开的标准开孔*
对于开孔直径不超过封头直径的1/2,任意两孔的平均直径不超过封头直径的1/4,并且任意两孔的孔距两孔平均直径的2倍:
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)。
相距较近的标准开孔*
封头上任意两孔的孔距为
1/4davg.孔距<2davg.
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TableUG-37。
UG-38内扳边开孔
内扳边的厚度应符合UG-27(内压)或UG-28(外压)的要求。
补强要求应符合UG-37。
承受内、外压的内扳边开孔的厚度应按内、外压计算的厚度取较大值。
开孔补强计算举例
壳体内径:
48in.
设计压力:
250psi
壳体材料:
SA-285Gr.C,S=13.8ksi
壳体厚度:
0.875in.
容器经100%RT
腐蚀余量:
0.125in.
管接头尺寸:
NPS6ExtraStrong(0.432in.厚,5.761内径)
管接头材料:
SA-53B,S=15ksi
管接头内出头长度:
1.5in.
开孔不在焊缝上
角焊缝尺寸:
焊脚0.375in.
首先,扣除腐蚀余量:
t=0.750in.=0.875–0.125
tn=0.307in.=0.432–0.125
d=6.011in.=5.761–2(0.125)
Rv=24.125in.=48/2+0.125
RN=3.006in.=5.761/2+0.125
要求的壁厚:
UG-27(c)
(1)
in.
in.
要求的补强面积:
F=1;=0;fr1=Sn/Sv=15/13.8=1.09≈1
=6.0011(0.442)
(1)+
(2)(0.307)(0.442)
(1)(1-1)
A=2.657in2
可供补强的面积
A1=(壳体的富余厚度)取以下较大值
=
=
A1=1.851in2
或
=
=
=0.651in2
A2=(管接头的富余厚度)取以下较小值
=
=
A2=0.393in2
h=2.5tn或2.5t,取较小值
2.5tn=2.5(0.307)=0.768in.
2.5t=2.5(0.750)=1.875in.
=0.768in.<1.5in.(OK)
A3=(管接头内出头提供的补强面积)
=
in.2
A41=(外侧角焊缝)=Leg2fr2=0.37521=0.141in2
A43=(内侧角焊缝)=Leg2fr2=(0.375–0.125)21=0.063in2
A1+A2+A3+A41+A43=ATotal=2.728in2
A=2.657in2
由于A
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