压力容器设计基础知识讲稿.pdf

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1、压力容器设计基础知识讲稿（20140325）名目差不多概念1.1 压力容器设计应遵循的法规和规程1.2 标准和法规（规程）的关系。1.3 压力容器的含义（定义）1.4 压力容器设计标准简述1.5 D1级和D2级压力容器讲明二.GB150-1998 钢制压力容器1.范畴2.标准3.总论3.1 设计单位的资格和职责3.3 GB150管辖的容器范畴3.4 定义及含义3.5 设计参数选用的一样规定3.6 许用应力3.7 焊接接头系数3.8 压力试验和试验压力4.对材料的要求4.1选择压力容器用钢应考虑的因素4.2 D 类压力容器受压元件用钢板4.3钢管4.4钢锻件4.5焊接材料4.6采纳国外钢材的要求

2、4.7钢材的代用规定4.8专门工作环境下的选材5.内压圆筒和内压球体的运算5.1内压圆筒和内压球体运算的理论基础5.2内压圆筒运算5.3球壳运算6.外 压圆筒和外压球壳的设计6.1受平均外压的圆筒（和外压管子）6.2外压球壳6.3受外压圆筒和球壳运算图的来源简介6.4外压圆筒加大圈的运算7.封头的设计和运算7.1封头标准7.2椭圆形封头7.3碟形封头7.4球冠形封头7.5锥壳8.开孔和开孔补强8.1开孔的作用8.2开检查孔的要求8.3开孔的形状和尺寸限制8.4补强要求8.5有效补强范畴及补强面积8.6多个开孔的补强9 法兰连接9.1简介9.2法兰连接密封原理9.3法兰密封面的常用型式及优缺点9

3、.4法兰型式9.5法兰连接运算要点9.6管法兰连接10.压力容器的制造、检验和验收10.1 制造许可10.2 材料验收及加工成形10.3 焊接10.4 D 类压力容器热处理10.5 试板和试样10.8 无损检测10.9 液压试验10.10容器出厂证明文件。11.安全附件和超压泄放装置11.1 安全附件11.2 超压泄放装置11.3 压力容器的安全泄放量11.4 安全阀三、GB151-1999 管壳式换热器0 1 简述02标准与GB150-1998 钢制压力容器的关系。03差不多章节1 适用范畴2 组成3 型号表示法4 有关参数的确定5 焊接接头系数6 试验压力和试验温度7 其它要点8 管板运算

4、9 制造、检验与验收四、附录 受内压薄壁容器的应力分析名目1.薄壁旋转壳体的几何概念和差不多假设1.1几何概念1.2薄壁壳体的差不多假设2薄壁圆筒的应力分析2.1轴向应力的运算2.2环向应力的运算3旋转薄壁容器的应力分析3.1薄壁壳体的一样方程式3.2经向应力。1和环向应力。2 的运算4.应用举例圆筒形壳体4.2球壳4.3椭球壳（椭圆封头）4.4锥形壳（锥形封头）4,5薄壁圆环（弯管段）压力容器设计差不多知识（讲稿）一.差不多概念1.1压力容器设计应遵循的法规和规程1）特种设备安全监察条例（本文简称 条例），是国务院2003年3月11日公布的条例，条例自2003年6月1日起施行。原 锅炉压力容

5、器安全监察暂行条例同时废止。2）压力容器安全技术监察规程（本文简称 容规），此 容规自2000年1月1日起正式实施。在安全监察中，包括的七个环节是：设计、制造、安装、使用、检验、改造和修理。此规程与 条例有不一致之处,应 按 条例的内容修改。3）压力容器压力管道设计单位资格许可与治理规则，此规则自2003年1月1日起实施。1.2标准和法规（规程）的关系。容规第4条规定，压力容器的设计、制 造（组焊）、安装、使用、检修、修理和改造，均应严格执行本规程的规定；第5条规定：本规程是压力容器质量监督和安全监察的差不多要求，有关压力容器标准、部门规章、企事业单位规定等，如果与本规程的规定相抵触时，应以本

6、规程为准。GB150总论第3.1条规定：容器的设计、制造、检验和验收除必须符合本标准规定外，还应遵守国家颁布的有关法令、法规和规章。因此，当标准与法规或规程有不一致时，应 按 法 规（和规程）的规定执行。1.3压力容器的含义（定义）按 照 条例第八十八条中的规定，压力容器用语的含义是：“压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范畴规定为最高工作压力大于或等于O.IMP a（表压），且压力与容积的乘积大于或等于2.5MP a-L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MP a（表压）,且压力与容积的乘积大

7、于或等于l.OMP a-L的气体液化气体和标准沸点等于或者低于602液体的气瓶；氧舱等。”1.4压力容器设计标准简述我国压力容器专业性的具有一定规模的压力容器的设计和制造，起于五十年代初期。1980年起，压力容器设计方面依据为：钢制石油化工压力容器设计规定和 钢制管壳式换热器设计规定。GB150-1998 钢制压力容器是强制性的压力容器国家标准。该标准对钢制压力容器的设计、制造、检验和验收作出具体的规定。是压力容器的差不多标准。对压力小于O.IMP a的钢制容器的设计，按压力容器行业标准JB/T4735-1997 钢制焊接常压容器的规定。卧式容器和立式容器的设计尚应符合行业标准JB4710-2

8、000 钢制塔式容器和JB4731-2005 钢制卧式容器的规定。GB151-1999 管壳式换热器标准，是用钢、铝、铜、钛和锲等材料制造的管壳式换热器的设计制造和验收标准。化工行业标准HG20580HG20585-1998,是针对化工设备的特点，对钢制压力容器设计和制造方面提出更详细的规定，有关设计方面的标准是:HG20580-1998 钢制化工容器设计基础规定HG20581-1998 钢制化工容器材料选用规定HG20582-1998 钢制化工容器强度运算规定HG20583-1998 钢制化工容器结构设计规定其它配套标准如零部件如封头、法兰、支座、加固圈等标准，材料标准、焊接标准等已日趋完备

9、。1.5 D1级和D2级压力容器讲明按 照 压力容器压力管道设计单位资格许可与治理规则第三条规定，压力容器设计类不和级不的划分是：（一）A类、（二）C类、（三）D类 和（四）SAD类。其中D类又分：D1级和D2级。1.D 1级系指第一类压力容器2.D2级 系 指 第 二 类 低、中压容器第一类和第二类的具体划分见 容规第6条的规定。注：压力等级的划分是：按容器的设计压力P的大小，其中：低 压（代号 L）O.IMP aW P 1.6MP a中压（代号 M）1.6MP aW P 10MP a二GB150-1998 钢制压力容器GB150-1998 钢制压力容器（简称GB15O）,包括正文十章和八个

10、附录。十章正文目次是：范畴；引用标准；总论；材料；内压圆筒和内压球壳；外压圆筒和外压球壳；封头；开孔和开孔补强；法兰；制造、检验与验收。八个附录中，属于标准的附录有：附录A材料的补充规定；附录B超压泄放装置；附录C低温压力容器；附录D非圆形截面容器。属于提示的附录有：附录F钢材的高温性能；附录G密封结构；附录H材料的指导性规定；附录J焊接结构。标准的附录E产品焊接试板的力学性能检验，已被新公布的JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能试验所代替。1.范畴GB150-1998 钢制压力容器规定了“钢制压力容器的设计、制造、检验和验收要求”。即是讲：GB150是碳素钢、低合金钢和

11、高合金钢制的压力容器，在设计、制造、检验和验收的整个过程中，必须遵守的强制性国家标准。标准中规定适用的压力容器的设计参数的范畴是：容器的设计压力不大于35MP a；适用的设计温度范畴按钢材承诺的使用温度而定。关于D类压力容器，设计压力范畴应小于lOMP a。在GB150的1.3和1.4中，还规定出不属该标准规定范畴的各类压力容器，其中有：直截了当用火焰加热的容器；核能装置中的容器；经常搬运的容器；设计压力低于O.IM P a的容器；真空度低于0.02MP a的容器；要求作疲劳分析的容器；内直径小于150 mm的容器；此外，还有旋转或往复运动的机械设备中自成整体的受压器室，以及已有其他行业标准的

12、容器,诸如制冷、制糖、造纸、饮料和搪玻璃容器等。2.标准在GB150所列的引用标准中包括G B、GB/T、JB和JB/T四种代号的标准，标准分为强制性标准和举荐性标准（举荐性标准一经采纳，即具有强制性的性质）。GB/T是举荐性的国家标准，JB是机械工业的行业标准,JB/T是机械工业举荐性的行业标准，而JB或JB/T中排号为4XXX号码的,规定为压力容器行业的标准。例如：JB/T4736-2002 补强圈JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头JB/T4747-2002 压力容器用钢焊条订货技术条件JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装3.总论在“总论”一章中，对下列的8个方面

13、作了规定：标准与有关法规和规章的关系；设计和制造压力容器单位的资格和职责；容器的范畴；压力、温度和厚度的定义；设计参数选用的一样规定；材料许用应力确定的依据和取值的规定；焊接接头系数的确定；压力试验（液压试验和气密性试验）和试验压力的规定。3.1 条例对设计单位的规定 条例第十一条规定：压力容器的设计单位应当经国务院特种设备安全监督治理部门许可，方可从事压力容器的设计活动。（一）有与压力容器设计相适应的设计人员设计、审核人员；（二）有与压力容器设计相适应的健全的治理制度和责任制度。3.2 GBi50-1998对设计单位的资格和职责规定资格容器的设计单位必须具备健全的质量治理体系，应持有压力容器

14、设计单位批准书，压力容器的设计必须同意国家质检总局有关安全监察机构的监察。职责应对设计文件的正确性和完整性负责。容器的设计文件至少应包括设计运算书和设计图样。容器设计总图应盖有容器设计资格印章。3.3 管辖的容器范畴划定GB150管辖的容器，其范畴包括壳体及与其连为整体的受压零部件，且划定在下列范畴内。3.3.1 容器与外部管道连接：焊接连接的第一道环向接头坡口端面;螺纹连接的第一个螺纹接头端面；法兰连接的第一个法兰密封面；3.3.2 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。3.3.3 非受压元件与受压元件的焊接接头。接头以外的元件，如加大圈、支座、裙座等。3.3.4 超压泄放装置和外表

15、附件。详见GB150中的3.3.1至3.3.4条的规定。3.4 定义及含义3.4.1 压力 除注明者外，均指表压力。3.4.2 工作压力（P W）指在正常工作情形下，容器顶部可能达到的最高压力。3.4.3 设计压力（P）指设定容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。即P 2P W。3.4.4 运算压力（P C）指在相应当设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承担的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。故 P C2P；3.4.5 试验压力（P t）指压力试验时，容器顶部的压力。注：试验用压力表口设计位置应位于容器顶部。3.4.

16、6 设计温度指容器在正常工作情形下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。3.4.7 试验温度指压力试验时，壳体金属的温度。3.4.8 各种厚度3.4.8.1 运算厚度8 指按厚度运算公式运算得到的厚度。3.4.8.2 设计厚度6 d 指运算厚度（8）与腐蚀裕量（C2）之和。即8 d=8+C2,因此 5 d 283.4.8.3 名义厚度6 n 指设计厚度（5d）加上钢材厚度负偏差（C1）后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标在图样上的厚度。8n（8d+C l）3.4.8.4有效厚度8 e 指名义厚度（5n）减去腐蚀裕量（C2）和钢材厚度负偏（

17、C1）。6e=5n-Cl-C2=6n-（C1+C2）=6n-C（厚度附加量）注：如设定圆整量为C 3,各厚度的关系为：6 n=6+C1+C2+C33e=6+C3=8 n-（C1+C2）8 d=8+C23.5 设计的一样规定设计的一样规定，是对设计压力、设计温度、载荷、壁厚附加量和最小厚度选用等的规定。3.5.1 设计压力（P）的确定1）内压容器容器上装有超压泄放装置（安全阀）时，容器的设计压力确定的步骤如下：确定安全阀的开启压力P Z，取P ZW（1.05 1.1）P W.当 P W50,则取50。若L/DOV0.05,则取0.05；3）连此交点沿垂直方向下移，在图的下方得到系数A。也可查表6

18、-1得到A 值。4）按所用材料选用图6-3 图 6-10,在图下方找到系数A。若 A 落在设计温度下材料线的右方，则过此点上移，与设计温度下材料线相交，遇中间温度值采纳插入法，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数Bo通过B 按下式求出许用外压力P,MP a；%总值2 在设计温度下材料线的左方，则运算许用应力小:-6-2编 度下材料的弹性模量，MP a；5）算出的 P 应大于或等于P C,P C为运算外压力，否则，应重新按上述步骤重算。直到 P PC,且接近于P C为止。6.1.2 Do/5e20的圆筒和管子a）按 6.1.1的步骤运算得到B 值，但对Do/be 0.1时，取A=0.1；由

19、A 值，并按照材料牌号，通3愕莪1-9中的相应曲线就据表查B 值1 b）P 按下式运算：P =m in PC,且接近于P C为止。6.2 外压球壳外压球壳所需的有效厚度按以下步骤运算：假设 S n,令 6 e=8 n-C 定出 Ro/8 e；用式下运算系数AA按照相应的材0.125 1的椭圆封头的有效厚度，应不小于封头内径的0.30%其中K为椭圆封头的的形状系数,K=-2+一6 其值列手表7-1。表7-1系数K值Di/2hi2.62.52.42.32.22.12.01.91.8K1.461.371.291.211.141.071.000.930.87Di/2hi1.71.61.51.41.31

20、.21.11.0K0.810.760.710.660.610.570.530.50椭圆形封头运算厚度按下式：Kp D2cr-0.5p上式中:对标准楠圆封头（Di/2中=2,0）,K=17.2.2受内压椭圆封头的应力分布情形设椭圆封头的长半轴为a,即2a=D,短半轴为b,即曲面高hi=b,令k=a/b如标准椭圆封头k=a/b=2,P为内压力，6为运算厚度。椭圆封头的经向应力公式：经推导，经向应力。1的公式是：?上姨+-（1-公力.2d式中：x是长轴上的点的坐标，由中点为0,至x=a,其应力变化情形是：当x=0时，=（。行F=黑 攵 如k=2,则%|=?=黑（在椭圆中心）Zd Io o Zo当x=

21、a时，区”=-ak）2+a2（l-k2=会=磐 （在与圆筒交接处）1O2,0 4d经向应力在封头受内压时均产生拉应力，同时由封头的边缘至中心，应力增大一倍。内压下椭圆封头的周向（环向应力）。2:经推导，运算环向应力。2的公式是：a2k2X=0（在椭圆中心）cr02=当 k=2（即标准椭圆封头）,。0258x=a（在与圆筒交接处），k=2时,2 T p-3,a2 k之1 Pa.=-k2 28Pa _此压缩应力会阻碍封头的局部稳固。4bPR23-k在 x=0 x=a的过程中，会 显 现。2=0的情形，经推导得；x=A处，即 x=0.816a 处，。2=0椭圆封头内压下的环向应力，从中心到边缘，逐步

22、由正到零，随后达到负和最大值。7.2.3受 外 压（凸面受压）的椭圆封头凸面受压的标准椭圆封头的厚度运算，采纳球体受外压的运算方法，如果封头的外直径是D o,则采纳的当量球体的外半径Ro,Ro=0.90Do进行运算；其它椭圆封头，Ro=KlDo,K 1与 Do/2ho有 关（ho=hi+6n,hi是封头曲面深度），其关系见下表：D o/2 h o2.62.42.22.01.81.61.41.21.0K 11.1 8 1.0 8 0.9 9 0.9 0 0.8 1 0.7 3 0.6 5 0.5 7 0.5 0注：中间值用内插法求得。求到当量球外半径R。后，按受外压球壳运算步骤运算。7.3 碟形

23、封头7.3.1受内压的碟形封头与椭圆封头一样存在边缘稳固咨询题，故应考虑最小有效厚度。最小有效厚度与碟形封头形状系数M 有关，当MW1.34时,封头有效厚度 6e0.15%Di；M1.3 时，6 e0.3%Dio受内压碟形封头的运算壁厚8 按下式运算：一y&-2 a 7-0.5 P式中：R i为碟形封头的球面部分的内半径；+用，r 为圣形封 过渡段转角内半径。M 值与Ri/r的关系见下表：P QR i/r1.01.251.501.752.02.252.502.75M1.001.031.061.081.101.131.151.17R i/r3.03.253.504.04.55.05.56.0M1

24、.181.201.221.251.281.311.341.36R i/r6.57.07.58.08.59.09.510.0M1.391.411.441.461.481.501.521.543K,如令K.=M 乂则3,i Pi 一因 为M =3+-或、用2旦 浮 千在封头标准B/T4716中，M=KCDHA 型 Ri=LODi r=0.15Di Kc=1.395DHB 型 Ri=1.0Di r=0.1Di Kc=1.54可见碟形封头的运算厚度为标准椭圆形封头运算厚度的1.3951.54倍。7.3.2受外压碟形封头的运算令R o为碟形封头的球面部分的外半径，R o=R i+6n,并按第6章外压球体

25、进行运算。7.4球冠形封头要求与球冠形封头连接的圆筒厚度不得小于封头的厚度8;连接处两侧加大的最短长度L应 为LN 2a5D,封头和筒体连接的焊缝应为T形全焊透的结构的焊缝。加固是为幸免应力集中破坏。7.4.1受内压（凹面受压）=2而乙Q Q一系数，Q-是封头厚度有关于筒体厚度的倍数。Q的 大 小 果i/Di笈P c/口），R i为球冠形封头球面部分内半径，Q值可查GB150 的图 7-5742受外压（凸面受压）按球冠受内压公式和第6章外压运算方法进行运算后取大者。7.4.3两侧受压1）如不能保证两侧同时作用，则按分不按下列两种情形运算后取大者。只考虑封头凹面侧受压时，封头运算厚度按7.4.1

26、公式运算，Q查G B 15 0 图 7-6 o只考虑封头凸面侧受压时，封头运算厚度按7.4.1公式运算，Q查G B 15 0图7-7。但同时应能满足受外压的厚度要求。2）如能保证两侧压力同时作用，则可取两侧的压力差值进形运算，然后取大者。a）当压力差作用使封头凹面侧受压时，封头运算厚度按7.4.1公式运算,Q 查 G B 1 5 0 图 7-6 ob）当压力差作用使封头凸面侧受压时，封头运算厚度按741公式运算，Q查G B 1 5 0图7-7,同时应能满足受外压的厚度要求。7.5锥壳压力容器中的锥壳，是正截锥的壳体，分无折边的锥壳和有折边的锥壳，G B 1 5 0中的锥壳限制半锥角a W 6

27、0 0,轴对称型；折边（a 3 0 0 ）或无折边（a W 3 0 0 ）,当a 600时，应按平盖运算。7.5.1 锥壳厚度不分段运算的锥壳的运算厚度为：4=勺 。-（7-7）2 cr -Pc Cosa通常取D c=D i （取锥体大端内直径）关于大型锥壳，能够采纳分段运算。并由几段组成单一的锥体，则Dc分不为各锥壳段的大端内直径。7.5.2 受内压无折边的锥体1）受内压无折边的锥体大端与圆筒连接时，第一按照P c/o t 和a角查G B 1 5 0的图7-1 1确定是否需要在连接处进行加大，A）需要加大时，则应在锥壳与圆筒之间设置加大段。锥壳加大段与圆筒加大段应有相同的运算厚度8r,S r

28、按下式运算：心=菩 巴 一.Q-（7-8）2 cr PcQ 为应力增值系数，查 GB150图7-12,当 a=3 0 时，Q=1.15-1.195同时，5r2 5 c 即锥壳加大段厚度不得小于相连接的锥壳厚度。加大段的长度：锥壳处为4 2 2J竺2包）;圆筒加大长度LN 2屈 万 3CO SCt p r-v 1b）无需加大时，锥体大端厚度，按4=7 铲二 运算。2）受内压无折边的小端与圆筒连接时，忐查图7-13考虑是否要加大，实际上a 在6。以上，都要求加大。无需加大时，按%=开窄一 4运算需加大时（岑带赤边的小端的过度段），按心=伴 丁。-“aD is是小端直象mnf；Q 应力增,系 数,查

29、 图 7-14加大段的长度：锥壳处为L；、回或y （Jo S C C圆筒加夫上度八,2 07.5.3受内压的折边锥壳折边锥壳的过渡段转角半径，在大端rNO.lD i,且r23 6；在小端rsN 0.05Di,且 rs23 5 s。a）大端过渡段的厚度：b=r”K入 上 2同 0-0.5足K-系数,查表7-4b）与过渡段相接的锥壳厚度：b=.1产”一.ff一系数，按 下 半 甄 甚盘,于GB150的表7-5f -2cos a取上面两式运算结果的大值。(7-10)(7-11)C）锥壳小端（aW45）无折边和有折边，均按上述考虑，有折边过度段可按式7-9运算，式中的Q值按图7-14查取。当a 4 5

30、 时，Q值按图7-15）查取。受外压锥壳（GB150第7.2.5节）受外压锥壳采纳当量长度L e作为运算长度（见GB150图7-16）,a）无折边的锥壳的L e为:2（DLb）大端折边锥壳的L e为:sin a+W l+2D.2【DLc）小端折边锥壳的L e为：rDs.Ls（i Dsy4=4左血。+%1+才两端折边的锥壳的L e为：L=rsin a+&in a+可1 +乌s D,2 I DL）式中:L x是锥克段轴向长度mm；D s是所考虑的锥壳段的小端外直径mm；D L是所考虑的锥壳段的大端外直径mm。r和rs分不为大端和小端的过渡段转角半径。承担外压锥壳（图7-16）所需的有效厚度运算步骤

31、是：假设锥壳的名义厚度6nc；运算锥壳的有效厚度九=，-C）Cosa按第6章定，并 以Le/D L代替L/Do；以DL/3 ec代替Do/5 e.查图进行校核运算。7.5.5锥壳与圆筒连接处的外压加大设计锥壳与圆筒连接处的外压是否需要加大，如何加大，按GB150第725.2节进行运算。7.5.6平盖平盖的几何形状有：圆形、椭圆形、长圆形、矩形及正方形等。1）圆形平盖厚度6 p按下式运算：=Dc式中：DC-平盖运手m mW,与盖的连接结构有关，见GB150表7-7;K-结构特性系数，查 表7-7；2）非圆平盖厚度6 P按下式运算：a-非圆平盖的短轴长度，mm；Z非圆平盖的形状系数；Z=3.4-2

32、.4a/b,且ZW2.5；B-非圆平盖的长轴长度，mm。7.5.6若干讲明1）受内压作用锥壳与圆筒的薄膜应力的异同两者的相同处差不多上它们的环向应力等于经向（轴向）应力的两倍,且沿壁厚均布。不同点是圆筒各横截面的经向应力差不多上相同的，而锥壳的环向应力和经向应力则随横截面直径的大小成线性关系，大端最大，小端最小，与相同直径的圆筒比较，锥壳的应力为圆筒的1/cosa倍，其中a为半顶角，应小于60。当a 2 6 0 时，壳中的应力变为以弯曲应力为主的状态，薄膜理论不适用，应按圆平盖运算。2）圆筒和锥盖连接处应力分布情形复杂，其一是两元件的经向应力方向不一致，使连接处产生横向剪力，随之对锥壳母线起弯

33、曲作用，使锥壳大端的径向产生收缩，虽可缓和大端的环向应力，但大端的经向应力和弯曲产生的应力叠加，同时弯曲应力随a角的增大而加大，有可能使经向总应力超过安全操纵值3。在小端因剪力向外，使直径扩大，因叠加而加大小端的环向应力，其 值 操 纵 在 故 本 标 准 采 纳 图 表 操 纵 方 式 解决。其二是两元件受压径向位移的不同要和谐会产生较复杂的应力和应力集中。关于应力增值系数Q 的来源和有关图表的绘制依据，在“全国压力容器设计审核人资格考核培训教材”2000年 2 月版中有讲明，可见该教材第 93-95页 的“5.圆筒一锥形封头的边界效应”一节8.开孔和开孔补强8.1开孔的作用检查孔:为检查压

34、力容器使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷.安装安全附件的接口。工艺性接管的接口。安装，检修内件用孔。8.2 开检查孔的要求8.2.1 检查孔的最低数量和最小尺寸（引 自 容规）：内直径Di检查孔最少检查孔最小尺寸m m备注m m数量人孔手孔300 V Di W500手 孔 2 个e 7 5 或长圆孔75X50500 V Di W1000人 孔 1个，或手孔2 个（当容器无法 开 人 孔时）4)400或长圆 孔400X250380X280d)100或长圆 孔100X80Di 1000人 孔 1 个，或手孔2 个（当容器无法 开 人 孔4)400或长圆 孔400X250380X280d)15

35、0或长圆 孔150X100球 罐 人孔 最 小500mm时）8.2.2属于下列情形之一者可不开检查孔：筒体的DiW300 mm者；容器上可拆件的尺寸不小于上述开孔的相应要求者；无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理者；制冷装置用的压力容器；换热器；8.2.3检查孔的位置要求：开在封头上或筒体接近封头处，便于观看或清理内部的部位。8.3开孔的形状和尺寸限制8.3.1形状：应为圆形，长径/短径W2的椭圆形、长圆形及类似形状。8.3.2适用的开孔范畴：1）简体 当DiW1500 mm时，开孔最大直径dW 1/2 Di,且dW520mm;当Di1500 mm时，开孔最大直径dWl/3Di,且dW 10

36、00mm;2）凸形封头或球壳，开孔最大直径dWl/2 Di,当开孔处于封头过渡部位时，孔中心线宜垂直封头表面。3）锥形封头或锥壳，开孔最大直径dWl/3Di（D i为开孔中心线处的锥体内直径）。开孔直径d是：对圆形孔，d=接管内直径+接管的2倍厚度附加量CC=C1（厚度负偏差）+C2（腐蚀裕量）8.4补强要求8.4.1开孔的阻碍：开孔使截面积减少，平均应力增大；开孔处由于安装接管或人孔，在操作情形下，接管的受力变形的大小和方向与筒体不同，在连接处产生综合变形进行和谐，因此产生局部应在连接处还产生高的应力集中，峰值应力的数值专门高。研究开孔处的强度咨询题是专门复杂的，我们只要按标准规定开孔范畴和

37、补强方法进行补强，对D 级压力容器设计是可行的。注：（1）应力分类中关于一次应力、二次应力和峰值应力的概念。一次应力是为平稳压力与其它机械载荷所必须的法向应力或剪应力。它分为：一次总体薄膜应力，它是阻碍范畴遍及整个结构的一次薄膜应力，它会直截了当导致结构的破坏；一次局部薄膜应力，它是阻碍范畴仅限于结构局部区域的一次薄膜应力，会因局部过量塑性变形而导致破坏；一次弯曲应力，它为平稳压力与其它机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的弯曲应力。二次应力是为满足外部约束条件或结构本身变形连续要求所须的法向应力或剪应力，它具有自限性，即局部屈服和小量变形就可使约束条件得到满足，只要不反复加载，可不能导致破坏。峰

38、值应力是由局部结构不连续或局部热应力阻碍而引起的附加在一次或二次应力上的应力增量，它具有自限性和局部性，可不能引起明显的变形，可能导致疲劳裂纹或脆性破裂，必须加以操纵。8.4.2 不另行补强的条件开孔在符合下列全部条件下，可不补强：1）设计压力P W2.5MP a；2）两相邻开孔中心的距离（对曲面间距以弧长运算）为L,L 应不小于两孔直径之和的两倍；即 L22（dl+d2）；3）接管的公称外直径doW89 mm；4）接管壁厚的最小值为：mm接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注：接官的腐蚀裕量为1 m m8.4.3开孔补强结构壳体的开孔补强的结构有：

39、补强圈补强和整体补强。补强圈补强通常采纳的材料与壳体一致，厚度与壳体厚度相同，便于备料、焊接和等面积补强的运算。也可用厚壁管代替补强圈进行补强。整体补强是通过增加壳体的厚度（如常用的分气缸），或用全焊透的结构型式将厚壁管或整体补强锻件与壳体相焊。补强件与接管壳体的焊接结构可参考附录J （提示的附录）焊接结构中的有关部分。8.4.3壳体开孔补强的要求开孔补强确实是补足壳体因开孔而导致抗力削弱的部分，在开孔前经运算余外的部分，可用于补强，不足部分用开孔补强结构补足。采纳等力量补强的方法，在补强材料的许用应力与壳体比较，相等或较大的条件下，则简化为采纳等面积补强法：需要补强的面积，是指通过开孔中心，

40、且垂直于壳体表面的截面上所需的最小补强面积。设A为开孔削弱所需补强的面积，Ac是在有效的补强范内，可用作补强的截面积，则补强面积为A eA e 三 A-A c8.4.3.1内压容器开孔补强量的要求1）圆筒或球壳开孔需要补强的面积AA=d 5+2 6 8 e t（l-f r）-8-1式中：5按受内压厚度运算公式运算出在开孔处的运算厚度mm；d -开孔直径，对圆形孔，取（1=接管内直径+接管的2倍厚度附加量C6 e t -接管有效厚度，6 e t=8 n t-C mmf r -强度削弱系数，f r=。t t/。t ,当f r l时，取f r=l。山-接管在设计温度下的许用应力,MPa;o t -圆

41、筒在设计温度下的许用应力,MPa.2）锥壳开孔需要补强的面积按8-1式运算在运算锥壳厚度8 时，公式中的直径应为孔中心处的壳体内直径。3）椭圆封头和碟形封头开孔需要补强的面积，也按8-1式运算。在运算厚度8 时，则与开孔的位置有关，位于椭圆封头中心为中心的80%封头内之直径的范畴内：c P d 昭 o nO -A.-o-z2固 0一 0.5足K1基长短轴比值决定的系数（查本资料723节，受外压（凸面受压）的标准椭圆封头中的表格）。当比值为2 时，Kl=0.90o4）孔开在碟形封头的球面部分时，8 按下式运算：e PcR,?o-/)-Q.5Pc5）当孔开在上述范畴以外时，则应按运算椭圆封头和碟形

42、封头的厚度公式运算：椭圆封头运算厚度：厂 尹，一碟形封头运算厚度：一渺,亚8.4.3.2外压容器开孔界强量的要求圆筒或球壳开孔所需的补强面积，取受内压的一半，即：A=0.5d 6+2 8 8 et（l-fr）式中：6 为圆筒或球壳开孔处的运算厚度，mm关于内压与外压相间的容器，应同时满足内压和外压的补强要求。8.5有效补强范畴及补强面积8.5.1 有效补强范畴 既然需要补强，就有有效补强范畴咨询题，即在哪个范畴内补强才有效，才能列入运算补偿面积。通常用有效宽度B、接管外伸有效长度h l和内伸有效长度h2表示;B=2d,或 B=d+2 3 n+2 3 nt 中选大者，4=师，若管实际外伸长度小于

43、hl（由壳面最高处起算），则按管的实际外伸长度运算，人国,若管实际内伸长小于h2（由内表面最高处起算），则按管的实际内伸长度运算8.5.2 补强面积Ae（见GB150图8-1）Ae=Al+A2+A3壳体可用作补偿的截面积为A1：Al=(B-d)(8 e-5)-2 8 et(8 e-8)(1-fr)接管可用作补偿的截面积为A2：A2=2hl(8 et-dt)fr+2h2(6 et-C2)frA 3焊缝金属截面积(在有效范畴内)如果Ae 2 A,开孔可不另加补强；如Ae AP+P O（P i和P O分不为内、外侧的压力，4 P为通过垫片的压力降）时，则可能渗漏。故在操作时垫片也应有足够的压紧力。操

44、作时所需要的最少压紧力为：FG=6.28DGbmP c式中：m 为垫片系数（查 GB150的表9-2）P c为运算压力，MP a。讲明：垫片有效密封宽度b：法兰在预紧前，垫片能与法兰密封面接触的宽度，称为垫片接触宽度N,法兰经预紧后，由于法兰环产生偏转，使部分内侧的垫片脱离接触，现在保持接触的宽度称为差不多密封宽度bo,但在b。中，实际并未全部起密封作用。能起密封作用的宽度，称为有效密封宽度，用 b 表示。当boW6.4mm时，b=boo当bo6.4mm时，b=2.5 3肮垫片系数m 是施加在垫片单位有效密封面积上的压紧力和其内压力之比。m 随垫片的硬度增加而增大。垫片比压力y 是指预紧时单位

45、面积上的达到密封的压紧力，随垫片材料而异，可查GB150的表9-2。9.3法兰密封面的常用型式及优缺点法兰的密封面型式较多，常用的要紧型式有：平面、凹凸面和樟槽面等。a）平面密封面 法兰密封结构简单，加工方便，缺点是密封性能差，且垫片易被挤出密封面，故适用压力P N W2.5MP a,和无毒介质的场合。b）凹凸面密封面两个连接法兰的密封面一凹一凸.加工较平面法兰难些，但安装时对中较容易，且能幸免垫片被挤出密封面，密封性能优于平面密封面.c）棒槽面密封面法兰密封面由一棒一槽匹配而成，垫片位于槽中，由于槽的阻挡，可不能被挤出，也减低介质对垫片的冲刷和腐蚀，安装易对中，密封可靠，适于易燃易爆和有毒介

46、质的密封.但密封面加工和更换垫片困难.为了安装方便，在压力容器上设置凹凸面法兰和桦槽面法兰时，在容器上部和侧面，应当设置凹面或槽面法兰；在容器下部，应当设置凸面和样面法兰，既幸免密封面磨损，也便于安装和更换垫片.9.4法兰型式法兰型式：法兰按其整体性程度分：松式法兰、整体法兰和任意式法9.4.1松式法兰：法兰未能有效地与容器或接管连接成一整体，因此筒体或接管不与法兰共同承担弯矩。强度比整体法兰差，适用于低压和异种金属的法兰连接。松式法兰有活套式，如图9-1的（a-l）其运算按GB150的表9-7进行；带颈的松式法兰可按整体法兰（表9-6）运算。9.4.2整体式法兰：法兰、法兰颈部及容器筒体或接

47、管三者能有效的连成一整体结构，受力性能好，但价格高，消耗材料。运算按表9-6进行。9.4.3任意式法兰：常称焊接法兰，其型式见图9-1的（h）、（i）、（j）、（k）,其受力性能和运算方法介于两者之间。任意式法兰按整体式法兰的运算方法运算（表9-6）,当 8 oWl5mm,Di/6 o W300,P cW2MP a,操作温度小于或等于370 C 时，也可按活套法兰（表9-7）运算。9.5法兰运算；法兰连接按垫片在法兰接触面的布置情形分：窄面法兰和宽面法兰。窄面法兰：垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范畴内，可按GB150 的9.5节运算；宽面法兰：垫片接触面分布在法兰螺栓孔中心圆内外两侧，可按

48、GB150 的9.7运算。9.5.1窄面法兰运算要点：1）垫片 按照操作压力按表9-2查垫片的特性参数（m.y）有效密封宽度；压紧力作用中心圆直径；垫片压紧力和垫片宽度。2）螺 栓 布 置（表 9-3）；螺栓载荷；螺栓面积；螺栓设计载荷确定。3）法 兰 法 兰 力 矩 预 紧 状 态；操作状态和设计力矩；法 兰 应 力 1）整体法兰.带颈松式法兰和按整体法兰运算的任意式法兰的轴向应力、径向应力、和环向应力；运算表见表9-6。2）松套法兰和按松套法兰运算的任意式法兰的轴向应力、径向应力、和环向应力；3）剪应力；4）应力校核。运算表见表9-79.5.2 宽面法兰运算见106页，其程序与窄面法兰的程

49、序相同。9.5.3 外压法兰 按受内压法找运算，但螺栓面积仅考虑预紧情形,且操作状态法兰力矩按9-18式运算，压力取正值。9.6管法兰连接9.6.1选用标准和型式GB150未规定，按 照 容规第54条规定，钢制管法兰、垫片、紧固件的设计应参照行业标准HG20592 20635的规定。HG为化工部门行业标准，管法兰标准包括欧洲体系和美洲体系两大部分，常用的钢法兰标准对比为：欧洲体系的管法兰标准HG20592-97 钢制管法兰型式、参数HG20603-07 钢制管法兰技术条件HG20593-97 板式焊制钢制管法兰HG20594-97 带颈平焊钢制管法兰HG20595-97 带颈对焊钢制管法兰美洲

50、体系的管法兰标准HG20615-97HG2O604-97HG20616-97HG20617-97HG20601-97 钢制管法兰盖 HG20622-97HG20605-97 钢制管法兰焊接接头和坡口尺寸HG20625-97HG20606-97 钢制管法兰用非金属垫片 HG20627-97HB20613-97 钢制管法兰用紧固件 HG20634-97HB20614-97 钢制管法兰垫片紧固件选配规定HG20635-979.6.2管法兰标记表达欧洲体系钢制管法兰统用标准HG20592,表达美洲体系钢制管法兰统用标准HG20615。钢制管法兰标记例：1）欧洲体系钢制管法兰；DN 300mm,P N