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