補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算課件

子任務(wù)三開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算與附件選用◆為什么開(kāi)孔？

為了實(shí)現(xiàn)正常的操作和安裝維修，需要在設(shè)備的筒體和封頭上開(kāi)設(shè)各種孔。如物料進(jìn)出口接管孔，安裝安全閥、壓力表、液面計(jì)的開(kāi)孔，為了容器內(nèi)部零件的安裝和檢修方便所開(kāi)的人孔、手孔等。

◆開(kāi)孔對(duì)容器的影響？

●

容器的整體強(qiáng)度削弱

●由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，使孔邊局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中。這種局部的應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象，叫做“應(yīng)力集中”。

*其中最大應(yīng)力值，稱為“應(yīng)力峰值”。由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，在開(kāi)口接管處，殼體和接管的變形不一致。為使二者在連接之后的變形協(xié)調(diào)一致，連接處便產(chǎn)生了附加的內(nèi)力，主要是附加彎矩。由此產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，便形成連接處局部地區(qū)的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中產(chǎn)生的根本原因補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部補(bǔ)強(qiáng)整體補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)整鍛件補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

（a）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)圈貼焊在殼體與接管連接處優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富(a)補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)缺點(diǎn)1）與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時(shí)，存在較大熱膨脹差，在補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；2）與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈中低壓容器應(yīng)用最多的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5δn、殼體名義厚度δn不大于38mm的場(chǎng)合。應(yīng)用HG21506-92《補(bǔ)強(qiáng)圈》，JB/T4736-2002《補(bǔ)強(qiáng)圈》標(biāo)準(zhǔn)（b）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)在開(kāi)孔處焊上一段厚壁接管特點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)處于最大應(yīng)力區(qū)域，更有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢驗(yàn)，補(bǔ)強(qiáng)效果較好。（b）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)高強(qiáng)度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。應(yīng)用厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開(kāi)孔應(yīng)力最大部位，最有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對(duì)接焊縫，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開(kāi)最大應(yīng)力點(diǎn)，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低10～15%。重要壓力容器，如核容器、材料屈服點(diǎn)在500MPa以上的容器開(kāi)孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開(kāi)孔容器等。結(jié)構(gòu)將接管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鍛件供應(yīng)困難，制造成本較高。應(yīng)用（c）整鍛件補(bǔ)強(qiáng)（c）整鍛件補(bǔ)強(qiáng)整體鍛件整鍛件補(bǔ)強(qiáng)等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法等面積補(bǔ)強(qiáng)：使補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所削弱的金屬量。補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過(guò)開(kāi)孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開(kāi)孔而在縱截面上所削弱的正投影面積。即A1＋A2＋A3＋···＋An≥AA1、A2、A3、…、An－補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過(guò)開(kāi)孔中心線的縱截面上的正投影面積，mm2；A－殼體由于開(kāi)孔在縱截面上削弱的正投影面積，mm2。內(nèi)壓容器：外壓容器：fr－強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比。（a）適用的開(kāi)孔范圍（GB150-1998）①圓筒上開(kāi)孔的限制：內(nèi)徑Di≤1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤，且d≤520mm；內(nèi)徑Di＞1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤，且d≤1000mm。②凸形封頭或球殼上開(kāi)孔最大直徑d≤③錐殼（或錐形封頭）上開(kāi)孔最大直徑d≤Dk為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。④在橢圓形或碟形封頭過(guò)渡部分開(kāi)孔時(shí)，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。焊接接頭系數(shù)小于1，但開(kāi)孔位置不在焊縫上等等強(qiáng)度裕量接管和殼體實(shí)際厚度大于強(qiáng)度需要的厚度接管根部有填角焊縫上述因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開(kāi)孔處的最大應(yīng)力。因此，對(duì)于滿足一定條件的開(kāi)孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。（b）允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑（c）殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的要求詳見(jiàn)表6-20有效寬度B=2d、B=d+2δn+δnt，取大值有效高度（d）開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae=A1+A2+A3(若Ae≥A，不須另加補(bǔ)強(qiáng)Ae≤A，則另計(jì)A4=A-Ae；)（1）根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式和工藝要求，計(jì)算δ和δt及C和C2，確定d；（2）由δ和δt計(jì)算B、h1和h2；（3）由A1、A2計(jì)算A；（4）Ae=A1+A2+A3（+A4）(e)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)步驟子任務(wù)四選用安全附件一、安全閥◆

安全閥的構(gòu)造及工作原理

●安全閥的構(gòu)造彈簧式安全閥

1—閥體；2—閥瓣；3—閥桿；4—閥蓋；

5—彈簧；6—提升手柄;7—調(diào)整螺桿；8—鎖緊螺母；9—閥帽.

●安全閥的工作原理：容器正常工作時(shí)介質(zhì)作用在閥瓣上的力小于彈簧對(duì)閥瓣的壓力，所閥瓣緊靠在閥體上，閥是關(guān)閉的；當(dāng)容器內(nèi)的壓力超過(guò)規(guī)定的工作壓力并達(dá)到安全閥的開(kāi)啟壓力時(shí)，介質(zhì)作用于閥瓣上的力大于彈簧對(duì)閥瓣的壓力，于是閥瓣離開(kāi)閥體，安全閥開(kāi)啟，設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)排出；當(dāng)排出一部分介質(zhì)后容器內(nèi)壓力很快降低至正常的工作壓力，此時(shí)介質(zhì)作用于閥瓣的力小于彈瓣的壓力，使安全閥再次關(guān)閉，設(shè)備繼續(xù)工作。

●安全閥的優(yōu)點(diǎn)只排放容器內(nèi)高于規(guī)定部分的壓力，當(dāng)壓力降至正常工作壓力時(shí)閥就可自動(dòng)關(guān)閉，不影響設(shè)備的繼續(xù)工作，且安全閥調(diào)整也比較容易。

●安全閥的缺點(diǎn)

密封性較差，即使是符合規(guī)定的安全閥也難免有微量的泄漏，由于彈簧的慣性作用使閥的開(kāi)啟和關(guān)閉都有滯后現(xiàn)象，難以適應(yīng)急劇化學(xué)反應(yīng)迅速升壓所需要的快速泄放要求，對(duì)粘性較大或有結(jié)晶體的液體介質(zhì)，閥瓣有時(shí)可能會(huì)被粘住而影響開(kāi)啟精度。●安全閥適用范條件適用于介質(zhì)是比較清潔的氣體（空氣、水蒸氣等）的設(shè)備上，不宜用于介質(zhì)具有劇毒性的設(shè)備，更不能用于容器內(nèi)有可能產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而使壓力急劇升高的設(shè)備。

◆安全閥的選用選用安全閥應(yīng)從以下幾方面考慮

●結(jié)構(gòu)形式主要決定于設(shè)備的工藝條件和工作介質(zhì)的特性。

●泄放量安全閥的額定泄放量必須大于等于容器的安全泄放量。

●壓力范圍

安全閥在容器設(shè)計(jì)溫度下的許可壓力大于等于容器的設(shè)計(jì)壓力?！舭踩y的安裝與調(diào)試◆安全閥的使用與維護(hù)二、爆破片◆爆破片裝置的構(gòu)造及工作原理

爆破片裝置結(jié)構(gòu)

◆爆破片的適用范圍

爆破片適用在以下不宜安裝安全閥的容器上●由于物料的化學(xué)反應(yīng)或其他原因內(nèi)壓力在瞬間急劇上升的場(chǎng)合。

●工作介質(zhì)為劇毒氣體或極為昂貴氣體的場(chǎng)合。

●工作介質(zhì)易于結(jié)晶、聚合、或黏性較大，容易堵塞安全閥或使閥瓣被粘住的場(chǎng)合。◆爆破片的安裝和使用要求三、壓力表◆壓力表的類型及構(gòu)造●壓力表的類型液柱式、彈性元件式、活塞式、電量式

●壓力表的構(gòu)造單彈簧管壓力表1—彈簧彎管；2—支座；3—表殼；4—接頭；5—拉桿；6—彎曲杠桿；7—指針；8—刻度盤(pán)◆

壓力表的選擇及使用

●壓力表的選擇

★壓力表的最大量程應(yīng)與容器的工作壓力相適應(yīng)?！飰毫Ρ肀仨氁凶銐虻木?。

◆

壓力表的安裝及維護(hù)

四、液面計(jì)和溫度計(jì)

◆

液面計(jì)的類型

化工生產(chǎn)中常用的液面計(jì)按結(jié)構(gòu)形式有玻璃管液面計(jì)、玻璃板液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)，其中以玻璃管液面計(jì)和玻璃板液面計(jì)最為常用。

容器附件容器上開(kāi)孔，是為了安裝操作與檢修用的各種附件，如接管、視鏡、人孔和手孔等。1接管化工設(shè)備上的接管類型

容器上的工藝接管儀表接管（a）容器上的工藝接管——與供物料進(jìn)出的工藝管道相連接，這類接管一般較粗，多是帶法蘭的短接管。（b）儀表類接管——為控制操作過(guò)程，在容器上需裝置一些接管，以便和測(cè)量溫度、壓力及液面等的儀表相連接。接管直徑較小，除用帶法蘭的短接管外，也可簡(jiǎn)單地用內(nèi)螺紋或外螺紋管焊在設(shè)備上。2凸緣——接管長(zhǎng)度必須很短時(shí)，可用凸緣（突出接口）來(lái)代替。凸緣具有加強(qiáng)開(kāi)孔的作用，不需另外補(bǔ)強(qiáng)?！秉c(diǎn)：當(dāng)螺栓折斷在螺栓孔中時(shí)，取出較困難?！捎谕咕壟c管道法蘭配用，因此它的聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來(lái)確定。3人孔、手孔目的檢查容器使用過(guò)程中是否有裂紋、變形、腐蝕等缺陷產(chǎn)生。——人孔、手孔等，位置應(yīng)便于觀察或清理容器內(nèi)部。人孔手孔

●人孔和手孔的設(shè)置條件為了設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件的安裝和檢修方便，需要在設(shè)備上設(shè)置人孔或手孔。當(dāng)容器的內(nèi)徑為450～900mm時(shí)，一般不考慮設(shè)置人孔，可開(kāi)設(shè)1～2個(gè)手孔；內(nèi)徑大于900mm時(shí)至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)人孔；設(shè)備內(nèi)徑大于2500mm時(shí)，頂蓋與筒體上至少應(yīng)各開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔。手孔的直徑——一般為150～250mm，標(biāo)準(zhǔn)中手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)——容器上接一短管，并蓋一盲板。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的手孔——常壓手孔、板式平焊法半手孔、帶頸平焊法蘭手孔、帶頸對(duì)焊法蘭手孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭手孔、常壓快開(kāi)手孔、旋柄快開(kāi)手孔、回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)手孔。開(kāi)設(shè)人孔條件——設(shè)備的直徑超過(guò)900mm。人孔的形狀——圓形（Φ400mm）和橢圓形（450mm×350mm）人孔形式——常壓人孔、回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔、垂直吊蓋板式平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔、水平吊蓋板式平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔、常壓旋柄快開(kāi)人孔、橢圓形回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)人孔、回轉(zhuǎn)拱蓋快開(kāi)人孔。●化工設(shè)備上常用的人孔結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)蓋板式平焊人孔1—筒節(jié)；2—螺栓；3—螺母；4—法蘭；5—墊片；6法蘭、7—把手；8—軸銷；9—銷；10—墊圈；11、14—蓋軸耳；12、13—法蘭軸耳水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔

1—筒節(jié)；2—法蘭；3—墊片；4—法蘭蓋；5—螺柱；6—螺母；7—吊環(huán)；8—轉(zhuǎn)臂；9—墊圈；10—螺母；11—吊鉤；12—環(huán)；13—無(wú)縫鋼管；14—支承板垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔

1—法蘭蓋；

2—墊片；

3—法蘭；

4—螺柱；

5—螺母；

6—筒節(jié)；

7—把手；

8—吊環(huán)；

9—吊鉤；

10—螺母；

11—墊圈；

12—轉(zhuǎn)臂；

13—環(huán)；

14—無(wú)縫鋼管；

15—支承板4視鏡——除用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部情況外，也可用做料面視鏡?！猛咕墭?gòu)成的視鏡稱不帶頸視鏡，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易粘料，有比較寬闊的視察范圍?！獦?biāo)準(zhǔn)中視孔的公稱直徑有50～150mm五種，公稱壓力達(dá)2.5MPa，設(shè)計(jì)時(shí)可選用。當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，需采用帶頸視鏡，視鏡玻璃是硅硼玻璃，容易因沖擊、振動(dòng)或溫度劇變破裂，此時(shí)可選用雙層玻璃安全視鏡或帶罩視鏡。5液面計(jì)直公稱壓力不超過(guò)0.07MPa的設(shè)備，可以接在設(shè)備上開(kāi)長(zhǎng)條孔，利用矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。對(duì)于承壓設(shè)備，一般都是將液面計(jì)通過(guò)法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起。

設(shè)備直徑大，可同時(shí)用幾組液面計(jì)接管?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中有反射式玻璃板液面計(jì)、反射式防霜液面計(jì)、透光式板式液面計(jì)和磁性液面計(jì)?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，分玻璃板式液面計(jì)、玻璃管式液面計(jì)（HG21588～21592—1995）、磁性液位計(jì)（HG/T21584—1995）和用于低溫設(shè)備的防霜液面計(jì)（HG/T21550—1993）。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則（a）等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)原則——規(guī)定局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開(kāi)孔所減去的殼體截面積，其含義在于補(bǔ)強(qiáng)殼壁的平均強(qiáng)度，用于開(kāi)孔等截面的外加金屬來(lái)補(bǔ)償削弱的殼壁強(qiáng)度。問(wèn)題：沒(méi)有考慮開(kāi)孔處應(yīng)力集中的影響，沒(méi)有計(jì)入容器直徑變化的影響，補(bǔ)強(qiáng)后對(duì)不同接管會(huì)得到不同的應(yīng)力集中系數(shù)，即安全裕量不同，因此有時(shí)顯得富裕，有時(shí)顯得不足。優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單易行，當(dāng)開(kāi)孔較大時(shí)，只要對(duì)其開(kāi)孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國(guó)家的容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用該方法，如ASME