多腔容器壳体上特殊开孔结构的补强计算.pdf

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1、第41卷第6期化工机械763多腔容器壳体上特殊开孔结构的补强计算倪永良‘崔琴(江苏省化工设备制造安装有限公司)摘要时壳体和接管承受不同压力载荷的多腔容器壳体上的特殊开孔结构的补强计算方法进行了分析和论证，并提出了计算模型，给出了等面积法补强的具体计算方法。通过与GB150．3-201l常规开孔结构等面积法补强计算方法进行对比，找到了特殊开孔结构补强计算的简化方法，即把特殊开孔结构按常规开乳结构进行计算，并采用计算软件在电脑上计算，然后用接管多余面积计算差值△A：对计算结果进行处理。关键词多腔容器特殊开孔结构开孔补强计算有效补强范围等面积补强法中图分类号TQ053．5文献标识码A文章

2、编号0254-6094(2014)06-0763-06符号说明A——壳体开孔所需的补强面积；A．——壳体多余面积；A：——接管多余面积；A，——按接管内无压力计算的接管多余面积；A．——按接管内有压力计算的接管多余面积；A，——按接管内无压力计算的接管外伸段多余面积；A广按接管内无压力计算的接管内伸段多余面积；A，——按接管内有压力计算的接管外伸段多余面积；A。——按接管内有压力计算的接管内伸段多余面积；A广补强面积；A．。——有效补强范围内的焊缝金属截面积；A。，——需要另加的补强面积；AA：——接管多余面积计算差值；△A：L按接管内无压力计算的接管多余面积计算差值；△A，’L按

3、接管内有压力计算的接管多余面积计算差值；B——壳体有效宽度；c1-壳体厚度负偏差；C．’——接管厚度负偏差；c广一壳体腐蚀裕量；c，’——接管内伸段外壁腐蚀裕量；C，”——接管内壁腐蚀裕量；D——壳体内直径；d——接管直径(开孔直径)；正——接管强度削弱系数；^，——接管外伸段有效高度；^：——接管内伸段有效高度；p。——壳体设计压力，MPa；‘p：——接管设计压力，MPa；6。广一壳体有效厚度；6广接管外伸段有效厚度；6。广～壳体名义厚度；占，，广接管名义厚度；6。——壳体内压p．下的计算厚度；6：——接管内压p：下的计算厚度；岛——接管内伸段外压P。下的计算厚度；蠡——接管内伸

4、段压差为正压(P：一P．，P：>P。)时的内压计算厚度；6，——接管内伸段压差为负压(P。一P：，P。>P：)时的外压计算厚度；6。——接管内伸段同时承受压力p，、p：时的计算厚度；6。——按常规开孔结构补强计算时得到的接管外伸段计算厚度；[盯]．‘——壳体材料许用应力，MPa；[盯]：‘——接管材料许用应力，MPa。我国压力容器设计标准(如GB150．3．201l。1

5、、HG／T20582-2011‘引、JB4732．1995‘31)和国外压力容器规范标准(如ASMEⅧ-1H1)给出了压力容器开孔补强的计算方法，如等面积法、应力分析法、极限设计法及压力面积法等。但上述}倪永良，男

6、，1959年1月生，高级工程师。江苏省常州市，213002。764化工机械2014正标准规范中的开孔补强设计方法均有一个前提——接管与壳体必须是同一个压力腔。接管内腔与壳体连通，接管与壳体承受同一种压力载荷，笔者将这种开孔结构称为单腔容器常规开孔结构，简称常规开孔结构。在大容器的壳体上开孔，将另一个容器(小容器)壳体的一部分嵌入大容器的开孔中，并在开孔相贯处将大容器与小容器的壳体焊接成一体，大容器与小容器分属于两个压力腔体，笔者将这种容器称为多腔压力容器。多腔容器上的开孔结构使接管内外分属于两个压力腔，即接管与壳体承受的不是同一种压力载荷，不能采用GB150等标准给出的方法进行开孔

7、补强计算。笔者将这种开孔结构称为多腔容器特殊开孑L结构，简称特殊开孔结构。1工况分析多腔容器上的特殊开孔结构如图1所示。对于大容器而言，当嵌入大容器开孑L处的小容器壳体为圆筒体时，其相当于接管开孔结构，只是接管内的压力载荷与大容器内不同而已，且小容器筒体伸人大容器壳体中的部分同时承受大容器内的压力载荷(对于小容器是外压)。在大容器开孔相贯处焊接成一体、容器壳体(圆筒体)大容器壳体图1多腔容器上的特殊开孔结构示意图为了避免叙述过于复杂，笔者在分析过程中只考虑大容器与小容器中设计压力仅为正压的工况，暂不考虑其中有真空工况。在特殊开孔结构中，大容器壳体与小容器筒体承受不同的压力载荷，因此

8、结构的强度需要满足各工况下的载荷组合。为了与常规开孑L结构补强计算中的术语对应，现将特殊开孔结构中的术语作如下约定：a．壳体，大容器壳体，可以是筒体或封头；b．接管，嵌入大容器壳体开孔中的小容器简体；C．接管外伸段，大容器壳体开孔相贯处外面的小容器筒体；d．接管内伸段，伸人大容器开孔中的小容器筒体。参照GB151—1999标准¨1中固定管板式换热器的危险工况分析，将特殊开孔结构的各工况分析如下：a．壳体内有压力P。，接管内无压力，即P。=0。此时壳体承受内压，接管外伸