Lesson3b開孔補(bǔ)強(qiáng)

1、課程概況一般要求補(bǔ)強(qiáng)面積的來源(殼體和成形封頭上的單個(gè)開孔)腐蝕余量補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度其它補(bǔ)強(qiáng)規(guī)定殼體和封頭上多個(gè)開孔平端蓋上的單個(gè)或多個(gè)開孔特殊要求舉例開孔的目的處理容器內(nèi)的介質(zhì)檢驗(yàn)安裝內(nèi)件容器的清理和排放一般要求開孔的一般要求允許的開孔形狀、尺寸免除開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開孔的形狀圓形筒體或錐殼、封頭上的開孔最好采用圓形、橢圓或長(zhǎng)圓形狀，但規(guī)范并不限制使用其它形狀的封頭。當(dāng)長(zhǎng)圓或橢圓的開孔長(zhǎng)、短徑之比大于2:1，橫跨短徑的補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)增加，以防止由于扭矩產(chǎn)生的變形。UG-36(b)開孔的尺寸1. 對(duì)于殼體內(nèi)徑 £ 60”(1250 mm)，開孔尺寸不得大于直徑的1/2，最大不超過20”(508

2、 mm)。2. 對(duì)于殼體內(nèi)徑 > 60”(1250 mm)，開孔尺寸不得大于直徑的1/3，最大不超過40”(1000 mm)。3. 如果開孔超過上述限制，除要滿足UG-36至UG-43的要求外，還須滿足附錄1-7的補(bǔ)充要求。成形封頭和球形殼上經(jīng)過正確補(bǔ)強(qiáng)的開孔無尺寸限制。當(dāng)開孔的尺寸大于與封頭相連的殼體直徑的1/2時(shí)，可以使用錐殼過渡段來代替補(bǔ)強(qiáng)。見UG-36(b)(2)(a-d)。UG-36(c)(3)殼體和成形封頭上開孔免除開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算容器上的開孔如果不承受壓力的快速波動(dòng)，在滿足以下要求的情況下，開孔除自身結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)外，不須另外補(bǔ)強(qiáng)。a) 對(duì)于焊接或釬接接頭，最終開孔的直徑不大于：l

3、 3-1/2 in. (89 mm) 殼體或封頭的厚度 £ 3/8 in. (10 mm)；l 2-3/8 in. (60 mm) 殼體或封頭的厚度 > 3/8 in. (10 mm)。b) 對(duì)于螺紋連接或脹接接頭，殼體和封頭上的開孔直徑不超過2-3/8 in. (60 mm).c) 任何兩個(gè)未加補(bǔ)強(qiáng)的開孔，其中心距不得小于兩孔直徑之和。d) 三個(gè)或三個(gè)以上開孔群中任意兩個(gè)未加補(bǔ)強(qiáng)的開孔孔心距不得小于： - 對(duì)于圓形筒體和錐殼； - 對(duì)于具有雙曲率的殼體和封頭。UG-36(d)開孔可以開在焊縫上，見UW-14。UG-39(a)平封頭上開孔免除補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算單個(gè)開孔，其尺寸不超過UG-

4、36(c)(3)(a)和(b)的限制、并且封頭直徑或短徑的1/4時(shí)，可免除補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。要求的補(bǔ)強(qiáng)面積(c) 內(nèi)壓設(shè)計(jì)。對(duì)于承受內(nèi)壓的筒體或封頭，在任何通過開孔的給定平面內(nèi)所要求的總補(bǔ)強(qiáng)截面積A應(yīng)不小于：(d) 外壓設(shè)計(jì)。1) 承受外壓的單壁容器，所要求的開孔補(bǔ)強(qiáng)面積僅為上述c)要求的50%即可，式中的tr是根據(jù)外壓下容器厚度計(jì)算要求確定的要求壁厚。2) 多層容器每層上所要求的開孔補(bǔ)強(qiáng)面積，當(dāng)殼體承受外壓時(shí)，應(yīng)符合上述1)；當(dāng)殼體承受內(nèi)壓時(shí)，應(yīng)符合上述c)，不論連接到一層或多層殼體的共同接管是否采用焊接方式。(e) 內(nèi)、外壓設(shè)計(jì)。承受內(nèi)、外壓的容器，所要求的補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)符合上述c)對(duì)于承受內(nèi)壓的要求

5、，同時(shí)還應(yīng)符合上述d)對(duì)于承受外壓的要求。(f) 對(duì)于所要求的補(bǔ)強(qiáng)面積和可供補(bǔ)強(qiáng)的面積，F(xiàn)ig. UG-37.1給出了詳細(xì)的計(jì)算公式。UG-37在內(nèi)壓或外壓下要求的補(bǔ)強(qiáng)面積（筒體和封頭）Section VIII, Div. 1 UG-37提供補(bǔ)強(qiáng)可供補(bǔ)強(qiáng)有五個(gè)方面：1. A1：殼體上富余厚度提供的補(bǔ)強(qiáng)面積2. A2：延伸到殼體外側(cè)的管接頭富余厚度提供的補(bǔ)強(qiáng)面積3. A3：延伸到殼體內(nèi)側(cè)的管接頭富余厚度提供的補(bǔ)強(qiáng)面積4. A4：焊縫提供的補(bǔ)強(qiáng)面積5. A5：補(bǔ)強(qiáng)圈提供的補(bǔ)強(qiáng)面積腐蝕余量按UG-36(c)(1)，腐蝕余量不能用于提供補(bǔ)強(qiáng)。按UG-16(e)，用于計(jì)算公式的所有符號(hào)代表腐蝕后的尺寸。

6、UG-40補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域與容器壁相平行的方向，取以下較大值：d 開孔腐蝕后的直徑Rn + t + tn與管接頭壁相平行的方向，取以下較小值：2.5t2.5tn + te式中：Rn = 開孔腐蝕后的半徑tn = 管接頭扣除負(fù)偏差后的壁厚t= 容器的壁厚te= 加強(qiáng)圈的厚度補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度（UG-41）如果補(bǔ)強(qiáng)材料（加強(qiáng)圈、焊縫金屬、等）的許用應(yīng)力大于容器材料的許用應(yīng)力，不考慮由于較高應(yīng)力值帶來的附加強(qiáng)度。如果補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力值低于容器材料，所提供的補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)按兩應(yīng)力的比值成反比例增加。強(qiáng)度降低系數(shù)：fr = 式中：Sn= 補(bǔ)強(qiáng)材料的許用應(yīng)力Sv= 容器材料的許用應(yīng)力以下舉例說明fr的使用：A = dtrF +

7、 2tntrF(1-fr1)對(duì)于安放式管接頭，fr1 = 1.0A = dtrFUG-39平封頭上單孔要求的補(bǔ)強(qiáng)面積UG-39(b)(1)：標(biāo)準(zhǔn)孔對(duì)于單個(gè)開孔，其直徑不超過封頭直徑或短徑的1/2（見UG-34）：A = 0.5dt + ttn(1 fr1)式中：d= 圓形開孔扣除腐蝕余量后的直徑（見UG-37關(guān)于非徑向開孔的定義）t=平封頭或平封蓋的最小要求厚度。或按UG-34計(jì)算增加封頭的厚度UG-39(d)(1)。UG-39(c)：大開孔對(duì)于具有開孔直徑大于封頭直徑1/2的平封頭，應(yīng)按以下要求設(shè)計(jì)：UG-39(c)(1)：按附錄14-20（具有大、單個(gè)、圓形、位于中心開孔的整體圓形平封頭）

8、，使用附錄2的有關(guān)系數(shù)（采用環(huán)狀墊圈的螺栓法蘭設(shè)計(jì)要求）。UG-39(c)(2)：給出對(duì)于在中心開孔周圍再開孔的設(shè)計(jì)要求。UG-39(c)(3)：對(duì)于上述以外的其它開孔，沒有給出設(shè)計(jì)方法，應(yīng)符合U-2(g)條。平封頭上多個(gè)開孔的補(bǔ)強(qiáng)要求UG-39(b)(2)：相距較開的標(biāo)準(zhǔn)開孔*對(duì)于開孔直徑不超過封頭直徑的1/2，任意兩孔的平均直徑不超過封頭直徑的1/4，并且任意兩孔的孔距³ 兩孔平均直徑的2倍：A = 0.5dt式中：d=圓形開孔扣除腐蝕余量后的直徑（見UG-37關(guān)于非徑向開孔的定義）t=平封頭或封蓋的最小要求厚度（見UG-34）。相距較近的標(biāo)準(zhǔn)開孔*封頭上任意兩孔的孔距為1/4

9、d avg. £ 孔距 < 2 d avg.其它與上述一致：A = 0.5dt但，要求的補(bǔ)強(qiáng)面積的50%必須分布在兩孔之間。對(duì)于不屬于上述情況的開孔，沒有給出計(jì)算方法，應(yīng)按U-2(g)。*注意：孔與孔之間的孔橋或孔到封頭邊緣的距離不得小于較小開孔直徑的1/4。確定用于補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的tr碟形封頭，tr是按附錄1-4(d)計(jì)算的要求厚度，使用M = 1。橢圓封頭，tr是半徑為K1D的無縫球殼計(jì)算厚度，D是筒體的直徑，K1按Table UG-37。UG-38內(nèi)扳邊開孔內(nèi)扳邊的厚度應(yīng)符合UG-27（內(nèi)壓）或UG-28（外壓）的要求。補(bǔ)強(qiáng)要求應(yīng)符合UG-37。承受內(nèi)、外壓的內(nèi)扳邊開孔的厚度應(yīng)

10、按內(nèi)、外壓計(jì)算的厚度取較大值。開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算舉例殼體內(nèi)徑：48 in.設(shè)計(jì)壓力：250 psi殼體材料：SA-285 Gr. C, S = 13.8 ksi殼體厚度：0.875 in.容器經(jīng)100%RT腐蝕余量：0.125 in.管接頭尺寸：NPS 6 Extra Strong (0.432 in. 厚，5.761內(nèi)徑)管接頭材料：SA-53 B, S = 15 ksi管接頭內(nèi)出頭長(zhǎng)度：1.5 in.開孔不在焊縫上角焊縫尺寸：焊腳0.375 in.首先，扣除腐蝕余量：t= 0.750 in. = 0.875 0.125tn= 0.307 in.= 0.432 0.125d= 6.011 in.=

11、 5.761 2(0.125)Rv= 24.125 in.= 48/2 + 0.125RN= 3.006 in.= 5.761/2 + 0.125要求的壁厚：UG-27(c)(1) in. in.要求的補(bǔ)強(qiáng)面積：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可供補(bǔ)強(qiáng)的面積A1= (殼體的富余厚度)取以下較大值=A1=1.851 in2或= 0.651 in2A2= (管接頭的富余厚度)取以下較小值=A2=0.393 in2h= 2.5tn或2.5t，取較小值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= (管接頭內(nèi)出頭提供的補(bǔ)強(qiáng)面積)= in.2A41=(外側(cè)角焊縫)