压力容器压力面积法与分析法大开孔补强的设计比较.pdf

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1、190化工机械2014焦压力容器压力面积法与分析法大开孔补强的设计比较张涛“李娟2杨心理1(1．大庆石化工程有限公司；2．大庆油田化工集团东吴公司油气处理分公司)摘要介绍了用压力面积法和分析法计算大开孔补强的过程，并对两种补强方法进行了比较，指出应合理选用补强方法。关键词压力容器大开孔补强压力面积法分析法中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号0254_6094(2014)02．0190m2符号说明A。——接管上开孔区有效承压金属面积，mm2；A。——壳体上开孔区有效承压金属面积，mm2；A。——补强连接处凸出壳体表面的焊接接头金属面积，mm2：A。b_补强有效范围内接管内的压

2、力面积，mm2；A。。——补强有效范围内壳体内的压力面积，mm2；D——圆筒中面直径，mm；D；——壳体内径，mm；d；——开孑L处的接管内径，mm；K——等效总应力集中系数；K。——等效薄膜应力集中系数；nⅡ——等效薄膜应力校核系数；nⅣ——等效总应力校核系数；P——设计压力，MPa；SⅡ——等效薄膜应力，MPa；sⅣ——等效总应力，MPa；占。——壳体开孔处的有效厚度，mm；P——开孔率；[盯]。——接管材料许用应力，MPa；[盯]。——补强圈材料许用应力，MPa；[盯]。——壳体材料许用应力，MPa；[盯]‘——设计温度下壳体材料的许用应力，MPa。压力容器开孔补强分析法是G

3、B150．3-2011《压力容器第3部分：设计》中的新增内容⋯，它是我国力学研究者多年的研究结果，指出开孔率P≤0．9；按HG／T20582-201l规定的压力面积法，圆筒壳体上采用接管补强的开孑L，其开孔处的内径di与壳体内径D；之比di／Di≤1．0怛1。这两种补强方法均极大地拓展了开孔补强的适用范围，方便了设计者计算，但两者也有许多不同点。笔者将结合实例，对该两种补强方法进行比较。1容器设计参数某装置有一立式容器，内径1300mm，筒体长度4150mm，设计压力2．16MPa，设计温度240。C，壳体材料为Q345R，腐蚀裕量为3mm。筒体上有一DN600mm的人孔，人孔筒节

4、材料为Q345R。按GB150-2011计算，筒体名义厚度取14mm，人孔开孔最大直径已超出了等面积法的适用范围，但符合压力面积法和分析法的适用条件。2压力容器的开孔补强方法2．1压力面积法按压力面积法，人孔筒节为咖630mm×16mm∞J，加补强圈咖840mm×14ram，对于接管和补强圈应满足：(Ah+Ah)([盯]。一o．5p)+Afp([盯]。一0．5p)+Afp([盯]b一0．5p)≥p(Ap+Apb)(1)经计算：(Ah+Ah)([盯]。一0．5p)+AfP([盯]P一0．5p)+AfD([矿]b一0．5p)=1404862N}张涛，男，1983年10月生，工程师。黑龙

5、江省大庆市，163714。第4l卷第2期化工机械191p(Ap+APb)=1365934N可知，接管和补强圈满足式(1)的要求，并且补强面积裕量为：—14—04—8_6—2—-—13—6—59—34×100％：2．8％1365934。2．2分析法经计算，人孔筒节需改为．qb648mmX24mm，筒节长度至少为130mm，且开孔处筒体局部需将名义厚度改为18mm，需加厚的筒体长度至少为960mm。2．2．1等效薄膜应力的计算等效薄膜应力的计算式为：JsⅡ一。岩=311-89MPa(2)sⅡ≤nⅡ[盯]‘(3)等效薄膜应力许用值HⅡ[盯]‘=351．12MPa，故计算合格。设计裕量为：

6、型害三坠坐×100％：12．6％311．89。’‘2．2．2等效总应力的计算等效总应力计算式为：sⅣ=K面pD=404．85MPa(4)SⅣ≤n“盯]‘(5)等效总应力许用值／7,Ⅳ[or]‘=414．96MPa，故计算合格。设计裕量为：兰!兰：!垒二兰丝：堕×100％：2．5％404．85。3两种补强方法的对比从以上计算可以看出，在两种补强方法裕量相差不大的情况下，用压力面积法仅需加补强圈，补强圈质量为47kg；用分析法补强时，需同时加厚人孔筒节与设备筒体，加厚部分质量约为140kg。同时，两种补强方法均对制造提出了一些特殊要求，例如：接管或补强件与壳体应采用全焊透结构；接管与壳

7、体连接内外壁应圆滑过渡；补强范围内的A、B类焊接接头应无损检测合格；接管有效厚度与壳体有效厚度之比有限制；接管、壳体、补强件材料屈强比不应太高(压力面积法屈强比不大于0．68，分析法屈强比不大于0．80)。两种补强方法的不同之处在于，压力面积法明确地提出应避免采用标准常温抗拉强度下限值大于540MPa的材料，如若采用，需在设计及检验等方面作特殊考虑。另外，压力面积法按HG／T20582-2011规定限制较多。4结束语介绍了压力面积法和分析法计算开孔补强的过程，并对两种