过程设备设计第四章(4.3.5).ppt

* 4.3 常规设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 第 四 章 压力容器设计 CHAPTER Ⅳ Design of Pressure Vessel * 过程设备设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 4.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计 4.5 疲劳分析 4.6 压力容器设计技术进展 4.3.3 封头设计 4.3.4 密封装置设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 4.3.6 支座和检查孔 4.3.7 安全泄放装置 4.3.2 圆筒设计 4.3.1 概述 4.3.8 焊接结构设计 4.3.9 压力试验 * 过程设备设计 主要内容 补强结构 开孔补强设计原则 允许开孔的范围 等面积补强计算 接管方位 允许不另行补强的最大开孔直径 * 过程设备设计 开孔目的 满足工艺要求 满足结构要求 开孔结果 削弱器壁的强度 结构连续性破坏 孔边 与接管焊接 及各种缺陷 * 过程设备设计 上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。 一、允许不另行补强的最大开孔直径 1. 原因: 开孔 一定有应力集中 但不一定所有开孔都需补强 强度裕量 焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上 接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度 接管根部有填角焊缝 * 2. 壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强: (GB150) ⑴ 设计压力≤2.5MPa ⑵ 两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于 两孔直径之和的两倍 ⑶ 接管公称外径≤89mm ⑷ 接管最小厚度满足表4-15要求 表4-15 不另行补强的接管最小厚度 mm 6.0 5.0 4.0 3.5 89 76 65 57 48 45 38 32 25 接管公称外径 最小厚度 过程设备设计 * 二、允许开孔的范围 a. 圆筒上开孔的限制： 内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤ ，且d≤520mm； 内径Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤ GB150对开孔最大直径的限制 b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径d≤ 。 c. 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d≤ ，Di为开孔 中心处的锥壳内直径。 d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直 于封头表面。 过程设备设计 * 过程设备设计 补强结构 局部补强 整体补强 补强圈补强 厚壁接管补强 整锻件补强 三、补强结构 选择原则： 从 强度 工艺要求 制造 施工是否方便等 综合考虑和选择 * 1. 补强圈补强 过程设备设计 结构： 补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图。 图4-40 （a） 1)加强圈材料与壳体材料相同 2) 加强圈厚度与加强圈厚度尽 量相同。 3)加强圈与筒体很好贴合 与器壁同时受力， 起到加强作用。 4) 加强圈上开有小孔，孔内 设有M10管螺纹 检验焊缝质量(焊后通入压缩空气试漏）。 优点: 结构简单，易制造，造价低，经验成熟， 有一定补强效果 * 缺点: 1)补强区域分散 补强效率不高 2)加强圈与壳体间存在一层静止气体 传热效果差，易 引起温差应力。 3)焊缝面积大，易造成焊接缺陷。 4)搭接焊缝型式 抗疲劳性能差，不适合受高变载荷。 适用： 中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在： 静载、常温、中低压、 材料的标准抗拉强度低于540MPa、 补强圈厚度小于或等于1.5δn、 壳体名义厚度δn不大38mm的场合。 标准： HG21506《补强圈》，JB/T4736《补强圈》 过程设备设计 * 2. 厚壁接管补强 图4-40 （b） 结构： 在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。 特点： 1) 补强处于最大应力区域 更有效地降低应力集中系数。 2)采用插入式接管更为有利 优点:结构简单，焊缝少，焊缝质量 易检验，补强效果好。 缺点:但必须保证全焊透焊接。 适用： 高强度低合金钢（缺口敏感性 较高）或某些高压容器。 过程设备设计 * 3. 整锻件补强 过程设备设计 结构： 将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与 壳体和接管焊接，见（c）图。 图4-40 （c） 整体锻件 * 优点： 过程设备设计 1) 补强金属集中于开孔应力最大部位 2) 采用对接焊缝，且焊缝及其热影响区离开最大 应力点，抗疲劳性能好。 3) 补强效果最好。 缺点： 锻件供应困难，制造成本较高。 适用： 重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等