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开孔补强  

2010-09-08 16:01:27|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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”(1250 mm),开孔尺寸不得大于直径的1/2,最大不超过20”(508 mm)。

 

2.        对于壳体内径 > 60”(1250 mm),开孔尺寸不得大于直径的1/3,最大不超过40”(1000 mm)。

 

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:

 

l        3-1/2 in. (89 mm) – 壳体或封头的厚度 ? 3/8 in. (10 mm);

l        2-3/8 in. (60 mm) – 壳体或封头的厚度 > 3/8 in. (10 mm)。

 

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2-3/8 in. (60 mm).

 

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)

Section VIII, Div. 1 UG-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。

 

 

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

1/4 d avg. ? 孔距 < 2 d avg.

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Table UG-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:48 in.

设计压力:250 psi

壳体材料:SA-285 Gr. C, S = 13.8 ksi

壳体厚度:0.875 in.

容器经100%RT

腐蚀余量:0.125 in.

管接头尺寸:NPS 6 Extra Strong (0.432 in. 厚,5.761内径)

管接头材料:SA-53 B, S = 15 ksi

管接头内出头长度:1.5 in.

开孔不在焊缝上

角焊缝尺寸:焊脚0.375 in.

 

                     


首先,扣除腐蚀余量:

 

t     = 0.750 in.     = 0.875 – 0.125

tn    = 0.307 in.      = 0.432 – 0.125

d    = 6.011 in.      = 5.761 – 2(0.125)

Rv  = 24.125 in.    = 48/2 + 0.125

RN  = 3.006 in.      = 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; q = 0; fr1 = Sn/Sv = 15/13.8 = 1.09 ≈ 1

 

= 6.0011(0.442)(1) + (2)(0.307)(0.442)(1)(1 - 1)

 

A = 2.657 in2

 

可供补强的面积

 

A1  = (壳体的富余厚度)取以下较大值

      =

      =

A1  =1.851 in2

 

 

      =

      = = 0.651 in2

 

A2  = (管接头的富余厚度)取以下较小值

      =

      =

A2  =0.393 in2

 

h    = 2.5tn或2.5t,取较小值

2.5tn = 2.5(0.307) = 0.768 in.

2.5t = 2.5(0.750) = 1.875 in.

      = 0.768 in. < 1.5 in. (OK)

A3  = (管接头内出头提供的补强面积)

      =  in.2

A41     =(外侧角焊缝) = Leg2fr2 = 0.3752 ? 1 = 0.141 in2

 

A43       =(内侧角焊缝) = Leg2fr2 = (0.375 – 0.125)2 ? 1 = 0.063 in2

 

A1 + A2 + A3 + A41 + A43 = ATotal = 2.728 in2

 

A = 2.657 in2

 

由于A<ATotal,因此无须再增加补强。

 

 哈佛蒸汽锅炉检验保险公司

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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