浅谈常规压力容器开孔补强设计

《天然气与石油》2007年第2期中国石油工程设计有限公司西南分公司 王澎

第25卷第2期2007年4月

天　然　气　与　石　油NaturalGasAndOil

Vol.25,No.2Apr.2007

浅谈常规压力容器开孔补强设计

王　澎,汤智昀,毛　翔

(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)

摘　要:,计算都作了较为详细的规定,但安全、经济、。在长期以来的设计工作中,。对,从补强元件的选材、。

开孔补强;补强圈补强;整体补强;补强圈;厚壁接管文章编号:100625539(2007)0220053204　　　文献标识码:A

　　GB150-1998《钢制压力容器》第8章中规定的开孔补强方法有两种:其一为补强圈补强;其二为整体补强

[1]

于承受疲劳载荷的容器。同时,对于盛装毒性为极度危害与高度危害介质的容器,也不宜采用。厚壁接管补强则不受这些条件的限制,它具有结构简单,焊缝少,焊缝质量容易检验,补强效果好等优点

[2]

。整体补强就是增加壳体的厚度,或用

全焊透的结构形式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊。在压力容器设计中,最为常见的是补强圈补强和厚壁接管补强。补强圈补强常用于操作温度不太高的中低压容器,其补强设计按等面积法进行。补强圈结构由于与被补强壳体间存在较大的不连续性,与壳体的搭焊结构会引起较大的局部应力因此其使用要受到如下条件的限制

[3]

[2]

,

因此其使用范围比补强圈补强要广泛得多。并且GB150-1998《钢制压力容器》也推荐采用这种补

强方式。

,

:容器设计压

1　厚壁接管补强

111　材料的选择

力应小于614MPa;容器设计温度不大于350℃;容器壳体开孔处名义厚度不大于38mm;补强圈厚度应不大于115倍壳体开孔处的名义厚度;容器壳体钢材标准抗拉强度下限值不大于540MPa;不能用此提出以下建议:

a.参照国外先进的管件标准,高起点的修订我国油气集输和长输管道工程用管件标准,要求内容完整、技术要求严格、指标先进适用、品种规格齐全,确保按此标准设计、制造的管件技术先进安全可靠。

b.在标准未修订前,如采用目前常用的标准,则应制定补充技术要求,弥补现行管件标准的不足,以保证管件设计、制造和检验的质量。特别是对用

厚壁接管的材料应根据设备的操作条件和介质特性来选取,一般选择与壳体材料相同类别和强度于油气集输工程中介质具有腐蚀性的管件更应予以

足够的重视。

参考文献:

[1]　GB50251-2003,输气管道工程设计规范[S].

[2]　MSSSP75-2004,优质锻制对焊管件技术规范[S].[3]　GB50350-2005,油气集输工程设计规范[S].[4]　张有渝.站场设备与管道组件的设计及制造[J].天然

气与石油,2005,23(4):47249.

　　收稿日期:2006205217

　　作者简介:王　澎(19622),男,四川成都人,高级工程师,学士,主要从事石油化工压力容器设计工作。电话:(028)86014450。

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2007年　

等级的材料。GB150-1998第8章开孔和开孔补强中规定:

开孔所需的补强面积为

δ+2δδA=det(1-fr)

(1)

接管有效补强面积为:

δ(2)A2=2h1(δet-δt)fr+2h2(et-C2)fr

(2)中fr为强度消弱系数,它等于设计式(1)、

温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值,当该比值大于110时,取其值为110

[1]

。

从以上规定可以看出,料,,,,,而且对焊接同样有负面影响。

厚壁接管可选用无缝钢管,也可用锻件加工制造。当设计压力较小,同时满足补强要求所需的壁厚不太大时,通常选用无缝钢管;当设计压力较高,同时满足补强要求所需的壁厚较大时,则选用锻件来加工制造

[4]

后确定出接管和法兰的内径。

11212　接管小端(与法兰与管线连接端,下同)厚度S1的确定

根据接管内径和材料,按操作条件进行强度计算,将计算值加腐蚀裕量后向上圆整得出。如与之相焊的法兰焊端厚度或工艺管线厚度比圆整值大,可将S1的大小调整到法兰焊端厚度或工艺管线厚度。

11213　接管小端长度h3的确定

h3通常取1～115倍S1,最小不宜小于017S1。

。

112　锻件制厚壁接管结构尺寸的确定

锻件制厚壁接管的通常形状如图1所示,有内齐平式、内插入式和外安放式三种类型。它由小端、过渡段和大端三部分组成。小端与法兰或工艺管线相接,大端与壳体或较大的接管相接。下面以较为

常用的内齐平式(见图2)为例来叙述其结构尺寸的确定

。

因为焊接端所开的坡口角度一般为30°～35°,如h3小于017S1,则坡口的外端就会延伸到过渡段上,这对焊接会产生不利影响,也可能使该处的局部应力增大。h3如果太长,既浪费材料,又增加机加工量,经济上也不合理。

11214　过渡段长度h2的确定

由于结构截面的突变要产生应力集中,因此从接管的大端到小端必须有一过渡段。过渡段长度一般取大、小端厚度差的3倍。如接管总长度受到限制的话,也可适当缩短,但不宜小于大、小端厚度差的1倍。过渡段太长的话,既浪费材料,又增加机加工量,且外形也不美观。

图1　锻件制厚壁接管

11215　过渡段两端圆角尺寸R1的确定

过渡段与大、小端的连接处宜圆滑过渡,以减少

11211　接管内径d的确定

应力集中程度。圆角尺寸R1的大小可按与之相焊的对焊法兰颈部处的圆角尺寸选取。11216　接管大端(与壳体或较大接管焊接端,下同)厚度S2的确定

根据设备的操作条件,按GB150-1998第8章的要求进行补强计算,满足补强要求的厚度适当向

接管内径应与相焊接的法兰或工艺管线的内径相同。在有的法兰标准中,法兰内径要求由用户确定,当遇到这种情况时,应先确定接管小端的外径,其大小应与相焊法兰的焊端外径相同,然后按操作条件计算出小端的壁厚,确定出小端的名义厚度,

最

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上圆整,使大端外径为一整数即可。11217　接管大端端部圆角尺寸R2的确定

越大,对容易产生焊接冷裂纹的钢种来说是不利的。另外,接管与壳体的厚度差越大,则两者的刚度差也越大,当设备受压时接管与壳体连接部位的变形协调性就越差,所产生的局部应力就会越大,这种结构对设备的受力是很不利的。但是在开孔补强设计中,有时为了满足补强面积的要求,经计算得出的接管厚度很可能超过2倍壳体厚度。在这种情况下解:管,,接管的厚度,以达到减小接管壁厚,降低接管厚度与壳体厚度之比值的目的。

11313　接管实际外伸高度和有效外伸高度的区别

为降低大端端部的峰值应力,接管内径边角处应倒圆,圆角半径一般取为大端厚度的四分之一或19mm两者中的较小值

[1]

。

11218　接管实际外伸高度h1的确定

h1至少应等于计算出的有效高度,最好比有效

高度长5～10mm。有效高度与大端厚度S2有关。11219　接管总长尺寸h的确定

h的大小与接管伸出长度(1121911　h等于h1,h2,h3和SN值之和。但应注意h的

大小宜使接管伸出长度为一个尾数为零的整数。1121912　接管伸出长度有限制

h等于规定的接管伸出长度减去法兰高度再加

接管实际外伸高度是按接管的结构 …… 此处隐藏：3883字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……