ASME规范 开孔补强

课程概况一般要求补强面积的来源(壳体和成形封头上的单个开孔)腐蚀余量补强区域补强强度其它补强规定壳体和封头上多个开孔平端盖上的单个或多个开孔特殊要求举例开孔的目的处理容器内的介质检验安装内件容器的清理和排放一般要求开孔的一般要求允许的开孔形状、尺寸免除开孔补强计算开孔的形状圆形筒体或锥壳、封头上的开孔最好采用圆形、椭圆或长圆形状，但规范并不限制使用其它形状的封头。当长圆或椭圆的开孔长、短径之比大于2:1，横跨短径的补强面积应增加，以防止由于扭矩产生的变形。UG-36(b)开孔的尺寸1.对于壳体内径60”(1250mm)，开孔尺寸不得大于直径的1/2，最大不超过20”(508mm)。2.对于壳体内径60”(1250mm)，开孔尺寸不得大于直径的1/3，最大不超过40”(1000mm)。3.如果开孔超过上述限制，除要满足UG-36至UG-43的要求外，还须满足附录1-7的补充要求。成形封头和球形壳上经过正确补强的开孔无尺寸限制。当开孔的尺寸大于与封头相连的壳体直径的1/2时，可以使用锥壳过渡段来代替补强。见UG-36(b)(2)(a-d)。UG-36(c)(3)壳体和成形封头上开孔免除开孔补强计算容器上的开孔如果不承受压力的快速波动，在满足以下要求的情况下，开孔除自身结构的补强外，不须另外补强。a)对于焊接或钎接接头，最终开孔的直径不大于：3-1/2in.(89mm)–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm)；2-3/8in.(60mm)–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm)。b)对于螺纹连接或胀接接头，壳体和封头上的开孔直径不超过2-3/8in.(60mm).c)任何两个未加补强的开孔，其中心距不得小于两孔直径之和。d)三个或三个以上开孔群中任意两个未加补强的开孔孔心距不得小于：))(cos5.11(21dd对于圆形筒体和锥壳；)(5.221dd对于具有双曲率的壳体和封头。UG-36(d)开孔可以开在焊缝上，见UW-14。UG-39(a)平封头上开孔免除补强计算单个开孔，其尺寸不超过UG-36(c)(3)(a)和(b)的限制、并且封头直径或短径的1/4时，可免除补强计算。要求的补强面积UG-37在内压或外压下要求的补强面积（筒体和封头）SectionVIII,Div.1UG-37提供补强可供补强有五个方面：1.A1：壳体上富余厚度提供的补强面积2.A2：延伸到壳体外侧的管接头富余厚度提供的补强面积3.A3：延伸到壳体内侧的管接头富余厚度提供的补强面积4.A4：焊缝提供的补强面积5.A5：补强圈提供的补强面积腐蚀余量按UG-36(c)(1)，腐蚀余量不能用于提供补强。按UG-16(e)，用于计算公式的所有符号代表腐蚀后的尺寸。UG-40补强区域与容器壁相平行的方向，取以下较大值：(c)内压设计。对于承受内压的筒体或封头，在任何通过开孔的给定平面内所要求的总补强截面积A应不小于：)1(21rrnrfFttFdtA(d)外压设计。1)承受外压的单壁容器，所要求的开孔补强面积仅为上述c)要求的50%即可，式中的tr是根据外压下容器厚度计算要求确定的要求壁厚。2)多层容器每层上所要求的开孔补强面积，当壳体承受外压时，应符合上述1)；当壳体承受内压时，应符合上述c)，不论连接到一层或多层壳体的共同接管是否采用焊接方式。(e)内、外压设计。承受内、外压的容器，所要求的补强面积应符合上述c)对于承受内压的要求，同时还应符合上述d)对于承受外压的要求。(f)对于所要求的补强面积和可供补强的面积，Fig.UG-37.1给出了详细的计算公式。d–开孔腐蚀后的直径Rn+t+tn与管接头壁相平行的方向，取以下较小值：2.5t2.5tn+te式中：Rn=开孔腐蚀后的半径tn=管接头扣除负偏差后的壁厚t=容器的壁厚te=加强圈的厚度补强的强度（UG-41）如果补强材料（加强圈、焊缝金属、等）的许用应力大于容器材料的许用应力，不考虑由于较高应力值带来的附加强度。如果补强材料的应力值低于容器材料，所提供的补强面积应按两应力的比值成反比例增加。强度降低系数：fr=vnSS式中：Sn=补强材料的许用应力Sv=容器材料的许用应力以下举例说明fr的使用：A=dtrF+2tntrF(1-fr1)对于安放式管接头，fr1=1.0A=dtrFUG-39平封头上单孔要求的补强面积UG-39(b)(1)：标准孔对于单个开孔，其直径不超过封头直径或短径的1/2（见UG-34）：A=0.5dt+ttn(1–fr1)式中：d=圆形开孔扣除腐蚀余量后的直径（见UG-37关于非径向开孔的定义）t=平封头或平封盖的最小要求厚度。或按UG-34计算增加封头的厚度[UG-39(d)(1)]。UG-39(c)：大开孔对于具有开孔直径大于封头直径1/2的平封头，应按以下要求设计：UG-39(c)(1)：按附录14-20（具有大、单个、圆形、位于中心开孔的整体[圆形]平封头），使用附录2的有关系数（采用环状垫圈的螺栓法兰设计要求）。UG-39(c)(2)：给出对于在中心开孔周围再开孔的设计要求。UG-39(c)(3)：对于上述以外的其它开孔，没有给出设计方法，应符合U-2(g)条。平封头上多个开孔的补强要求UG-39(b)(2)：相距较开的标准开孔*对于开孔直径不超过封头直径的1/2，任意两孔的平均直径不超过封头直径的1/4，并且任意两孔的孔距两孔平均直径的2倍：A=0.5dt式中：d=圆形开孔扣除腐蚀余量后的直径（见UG-37关于非径向开孔的定义）t=平封头或封盖的最小要求厚度（见UG-34）。相距较近的标准开孔*封头上任意两孔的孔距为1/4davg.孔距2davg.其它与上述一致：A=0.5dt但，要求的补强面积的50%必须分布在两孔之间。对于不属于上述情况的开孔，没有给出计算方法，应按U-2(g)。*注意：孔与孔之间的孔桥或孔到封头边缘的距离不得小于较小开孔直径的1/4。确定用于补强计算的tr碟形封头，tr是按附录1-4(d)计算的要求厚度，使用M=1。椭圆封头，tr是半径为K1D的无缝球壳计算厚度，D是筒体的直径，K1按TableUG-37。UG-38内扳边开孔内扳边的厚度应符合UG-27（内压）或UG-28（外压）的要求。补强要求应符合UG-37。承受内、外压的内扳边开孔的厚度应按内、外压计算的厚度取较大值。开孔补强计算举例壳体内径：48in.设计压力：250psi壳体材料：SA-285Gr.C,S=13.8ksi壳体厚度：0.875in.容器经100%RT腐蚀余量：0.125in.管接头尺寸：NPS6ExtraStrong(0.432in.厚，5.761内径)管接头材料：SA-53B,S=15ksi管接头内出头长度：1.5in.开孔不在焊缝上角焊缝尺寸：焊脚0.375in.首先，扣除腐蚀余量：t=0.750in.=0.875–0.125tn=0.307in.=0.432–0.125d=6.011in.=5.761–2(0.125)Rv=24.125in.=48/2+0.125RN=3.006in.=5.761/2+0.125要求的壁厚：UG-27(c)(1)442.02506.00.113800125.242506.0PSEPRtrin.051.02506.00.115000006.32506.0PSEPRtrnin.要求的补强面积：)1(21rrnrfFttFdtAF=1;=0;fr1=Sn/Sv=15/13.8=1.09≈1=6.0011(0.442)(1)+(2)(0.307)(0.442)(1)(1-1)A=2.657in2可供补强的面积A1=(壳体的富余厚度)取以下较大值=)1)((2)(111rrnrfFttEtFttEd=)11)(442.01750.01(307.02)442.01750.01(011.6A1=1.851in2或=)1)((2))((2111rrnrnfFttEtFttEtt=)11)(442.01750.01(307.02)442.01750.01)(307.0750.0(2=0.651in2A2=(管接头的富余厚度)取以下较小值=960.0750.01)052.0307.0(5)(52tfttrrnn=393.0307.01)051.007.0(5)(52nrrnntfttA2=0.393in2h=2.5tn或2.5t，取较小值2.5tn=2.5(0.307)=0.768in.2.5t=2.5(0.750)=1.875in.=0.768in.1.5in.(OK)A3=(管接头内出头提供的补强面积)=280.0)125.0307.0(2)(2hctnin.2A41=(外侧角焊缝)=Leg2fr2=0.37521=0.141in2A43=(内侧角焊缝)=Leg2fr2=(0.375–0.125)21=0.063in2A1+A2+A3+A41+A43=ATotal=2.728in2A=2.657in2由于AATotal，因此无须再增加补强。