筒体开孔补强计算(钢)
圆筒开孔补强结构尺寸设计计算表 GB150-2011 6.6.3
（0） 要求：δ et ( t ) min
1.8 215 接管 166.1 1800 18 1.8
MPa mm mm mm
[ ]ts
Di δn Cs
[ ]tt
do δnt Ct
166.1 960 30 1.8 接管Байду номын сангаас
mm mm [σ]t U mm MPa
δ
（0） e
= δ n - Cs
16.2 1819.8
(0)
由 ρ ， U ， g 查曲线得 h mm mm d (1)=D ρ (1) δ t(1)=d (1)/2U
( 0) g （1） et / t (1)
d (n) δ t(n) g (n) h min
909.9 4.930222757 5.719822691
1091.88 5.916267309
（0） δ et = δ n t - C t （0） d = do - δ et
28.2 931.8 166.1 92.28
（0） D = Di + δ e + 2C s
[ ]t min([ ]ts , [ ]tt )
U =[σ]t / p δ=R / U 9.86 1.64 ρ=d/D ρ (1)= 0.50 由 ρ ， U ， h 查曲线得 g g (1)= 0 δt=r / U
开口补强(GB150)
接管内侧有效补强高度h2 h2=接管实际内伸高度= 筒体多余金属面积A1 接管多余金属面积A2 焊缝截面积A3 另加补强的面积A4 补强判别
A1=(B-d)(δn-δ-C)-2(δnt-Ct)(δn-C-δ)(1-fr)= A2=2h1(δnt-δt-Ct)fr+2h2(δnt-Ct-C2t)fr= A3= A4=A-(A1+A2+A3)= A4为负值，不需另加补强补强形式:
中国石化 洛阳石油化工工程公司 遵循规范：GB150 150遵循规范：GB150-1998 开口编号: 开口编号:
计 算 书
筒体开孔补强
项目号 文表号 页 码
80800D0201 70-401/C1 第 6 页共 6 页 零件编号： 零件编号： 5
开口直径： 开口直径： 1000
设计条件
计算压力PC 设计温度t 筒体内直径Di 筒体材料 筒体材料许用应力[σ] 筒体焊接接头系数φ 筒体计算厚度δ 筒体厚度负偏差C1 筒体腐蚀裕量C2
3.00
mm mm mm mm mm×mm
mm 补强圈有效宽度B'=Min(B,D)
1600.00 -5.68 -2.74 1600×-4
当[σ]补 ≥[σ] 时，δn'=δ'+C'= 当[σ]补t<[σ]t时，δn'=δ'×[σ]t/[σ]补t+C'= 外直径×名义厚度 D×δn'=
t
筒体开孔补强简图
0.950 160.0 4000.0 16MnR 162.2 0.85 13.83 0.00 3.0 mm mm mm mm mm 接管厚度负偏差C1t MPa 接管腐蚀裕量C2t mm 接管厚度附加量Ct(=C1t+C2t) mm 接管焊接接头系数φt 0.00 3.00 3.00 0.85 mm mm mm MPa MPa °C mm
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题【摘要】开孔补强是压力容器设计中必不可少的一部分，在压力容器结构设计前需要使用SW6-2011过程设备强度计算软件进行强度计算。
为保证计算的准确性，必须透彻理解SW6-2011软件计算的理论基础，但在实际工作中，一些设计者常常会忽视标准规范中的某些说明或者对计算理论的理解不够透彻而导致取值错误，直接影响了设备的安全可靠性。
本文列举了几个在日常工作中经常遇到的在使用SW6-2011计算压力容器开孔补强时需要注意的问题及通常的处理办法，提醒设计者在设计工作中引起足够重视。
【关键词】开孔补强；压力容器；SW6-20110 引言为满足工艺或结构需要，在压力容器设计中开孔是必不可少的。
容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中，再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力，以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用，使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。
虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定，但在使用SW6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握，灵活运用软件，必要时对有关数据进行调整，才能得到正确的结论，保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围1.1 计算时应注意的问题在使用SW6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足GB150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求，满足要求的可以不进行计算，没有进行判断直接输入数据的，生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求，不予进行计算。
还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格，然而该孔的有效补强区B=2d范围内还有其他开孔，形成孔桥的，则应按孔桥处理。
在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算，按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确的。
1.2 补强计算方法及适用范围的理解SW6-2011补强计算方法给出四种：等面积补强法、另一补强方法、分析方法和压力面积法。
开孔补强计算
mm2
A1+A2+A3=1853.34
mm2，小于A，需另加补强。 A4=A-Ae=7504.74-1863.34=5651.42
补强圈面积A4
mm2
A-(A1+A2+A3)
mm2
结论:合格
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C1t
1.4
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
180
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
非圆形开孔长直径
480.8
mm
开孔长径与短径之比
1
壳体计算厚度δ
5.5072
mm
接管计算厚度δt
1.3231
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
开孔补强计算直径d
633
mm
补强区有效宽度B
1006
mm
接管有效外伸长度h1
83.9
mm
接管有效内伸长度h2
0
mm
开孔削弱所需的补强面积A
7504.76
mm2
壳体多余金属面积A1
794.74
mm2
接管多余金属面积A2
994.55
mm2
补强区内的焊缝面积A3
开孔补强计算
计算单位
接管:N1,φ503×14
计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔
设计条件
简图
计算压力pc
3.75
MPaபைடு நூலகம்
开孔补强计算(接管计算厚度按内径算)
3.5 0.95 800 25 0.75 0 68
Mpa mm mm mm mm Mpa
封头开孔补强计算 设计条件 封头 计算压力 pc 焊接接头系数 φ 壳体内直径 Di 开孔处名义厚度 δ n 壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力 [σ ] 接管 实际外伸长度 L1 实际内伸长度 L2 焊接接头系数 φ 接管外径 do 名义厚度 δ nt 接管厚度负偏差 C1t 接管腐蚀裕量 C2t 接管材料许用应力 [σ ]t 补强圈
δ δ t fr dop B h1 h2
开孔所需补强面积 A 壳体多余金属面积 A1 接管多余金属面积 A2 焊缝金属面积 A3 A-A1-A2-A3 补强圈面积 A4A4- Nhomakorabea mm2
头开孔补强计算 设计条件 封头 3.5 1 800 21 0 0 68 接管 130 0 1 265 33 0 0 68 补强圈 0 mm 0 mm 0 mm 补强计算 20.857 5.257 1.000 199.000 398.000 81.03703 0 4150.466 27.02697 4496.485 64 -437.046 mm mm mm mm mm mm mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm mm mm mm mm mm MPa Mpa mm mm mm mm Mpa
钢制压力容器筒体开孔补强圈有效补强面积和形状论证
（ 新疆克拉玛依安泰炼化工程有 限责任公司 ， 新疆 克拉玛依 ８４０ ） ３０ ３
摘 要 ： 照 Ｉ４ ３ — ０ ２ 补 强 圈》 准 给 出的 压 力 容 器补 强 圈理 论 尺 寸 为 内 外 正 圆形 状 ， 考 虑 到 实 际放 样 依 Ｂ ７ ６ ２０ 《 标 但 时 ， 体 开 孔越 大 ， 相 贯 线 尺 寸 变化 也 越 大 。如 果 只按 照 外 径 正 圆 形 、 筒 其 内径 椭 圆下 料 ， 贯 线 尺 寸 变化 大的 补 相 强 圈宽 度 就会 变 小 ， 实 际有 效 补 强 面 积 就会 小 于 Ｇ １ ０ １ ９ 标 准 中 第 ８章 规 定 设 计 计 算 的所 需补 强 面积 ， Ｂ ５— ９ ８ 导 致 补 强 圈报废 。 章 旨在 通 过 对 各 种 规 格 容 器 上 不 同开孔 补 强 圈 的 实 际放 样 尺 寸 进 行 计 算 （ 对补 强 圈 的 长短 文 既
宽 度 ， 仍 为正 圆 形状 ， 样 既 保 但 这
）
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注 ： 为 补 强 圈 内 径 ， ｍ； ，ｄ ＋（ 同焊 接 坡 口组 对 间 隙 ） ｄ Ｄ。 ｍ Ｄ＝ ｏ 不 ，ｏ为 接管外径 ， ｍｍ； ： 补 强 圈 外 径 ， ｍ；ｃ为 补 强 圈 厚 度 ， ｌ； Ｄ 为 ； 贯 线 ； 长 短 轴 差 ； 强 面积 相 半 补 中图 分 类 号 ： Ｑ ５ Ｔ ０１ 文献标识码： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６ ８ ３ （ ０ １ ０ — １７ ０ １０ — ９７ ２ １） ６ ０ ０ — ３
根据 Ｊ ４ ３— ０２ ￣强圈》 Ｂ ７６ ２ ０ （ ｂ 标准要求 ， 补强圈理论尺 寸 为 内外 正 圆形 状 ， 在实 际容 器 制 造 过 程 中 ， 虑 到接 但 考 管 与筒 体 组 对形 成 的相 贯线 问题 ，其 相 贯 线 尺 寸 变化 越 大 ， 强 圈 内径 尺 寸 变化 越 大 ， 补 即为 椭 圆 形 ， 轴 和 短 轴 长
第四章 开孔补强设计
第 开孔补强设计根据GB 150规定，当在设计压力P c ≤2.5MPa 的在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm 时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm 的 人孔需要补强。
1. 补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
开孔直径22C d d i +==500+2×2=504 mm 。
∵ 2/i D d <=3000/2=1500 mm故可以采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用10号钢，其许用应力[σ]t=117MPa根据GB150-1998中式8-1，开孔所需补强面积()r et f d A -+=12δδδ 其中：壳体开孔处的计算厚度δ=17.758mm 接管的有效厚度21C C nt et --=δδ=20-0-2=18mm 强度削弱系数[][]r tn r f δδ/==117/170=0.689所以开孔所需补强面积为()r et f d A -+=12δδδ=504×17.758+2×17.758×18×0.311 =4238.452mm 2. 有效补强范围2.1有效宽度B 的确定按GB150中式8-7，得：d B 21==2×504=1008 mmnt n d B δδ++=22=504+2×18+2×20=580mm B=()max 2,1B B=1008 mm2.2有效高度的确定 (1）外侧有效高度h的确定根据GB150中式8-8，得：11h =ntd δ=18504⨯=95.25mm12h =接管实际外伸高度H=H 1=280mm 1h =(()min 12,11h h =95.25mm(2）内侧有效高度2h的确定根据GB150-1998中式8-9，得：21h =ntd δ=18504⨯=95.25mm22h =0()min 22,212h h h ==03. 有效补强面积根据GB150中式8-10 到 式8-13，分别计算如下：321A A A A e ++= 3.1 筒体多余面积AA=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(1008-504)(20-17.758)-2×20(20-17.758)(1-0.689)=1102.0782mm 3.2接管的多余面积 接管厚度：ct ic t P D P 5.0φ]σ[2δ==9184.15.09.011725009184.1⨯-⨯⨯⨯=4.94mm()21222h f h A r t e +-=δδ()2C e -δ=2×92.25×(20-17.758)×0.689+0=285.004 2mm4.接管区焊缝截面积(焊角取6.0mm ）262/123⨯⨯=A =36 2mm5.补强面积321A A A A e ++==1102.078+285.004+36=1451.0822mm因为，A e ＜A 所以开孔需另行补强。
开孔补强计算
焊缝金属截面积A3
A3=0.25*δ n*δ nt
补强面积 Ae
Ae=A1+A2+A3
判断是否补强
Ae<A,需补强，反之不需要
另加的补强面积（补强圈的面积A4）
外径应接近B值
整体补强A4
补强高度应大于h1
强度削弱系数 fr：表示设计温度下接管材料与壳体材料许用应力的比值，fr>1时取fr=1，eg;均为S304
红色为输入部分
开孔补强计算
δ （开孔处壳体计算厚度） δ e(壳体有效厚度)
fr(强度削弱系数)
3.5625
13.7
1
δ t（接管计算厚度） δ et(接管有效厚度)
h1(有效高度)
0.84
9
62.3217458
内压
外压
A=dop*δ +2*δ *δ et(1-fr) dop)*(δ e-δ )-2*δ et(δ e-δ )*(1-fr)
1383.675 3937.405
A=0.5*（dop*δ +2*δ *δ et(1-fr)） /
h1*(δ et-δ t)*fr+2*h2*（δ et-C2)fr
1017.090892
/
A3=0.25*δ n*δ nt
35
/
Ae=A1+A2+A3
4989.495892
/
Ae<A,需补强，反之不需要
有效宽度B：=max(2*dop/dop+2*δ n+2*δ nt），取较大值,此计算取B=2*dop 外伸接管有效补强高度h1:=min(√(dop*δ nt)/接管实际外伸高度)，取较小值,,此计算选取 h1=√dop*δ
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nt
接管内侧有效补强高度h2=接管实际内伸高度= 筒体多余金属面积A1 A1=(B-d)(δ e-δ )-2δet(δe-δ)(1-fr) A3= A4=A-(A1+A2+A3)= 不需另加补强 补强形式:
接管多余金属面积A2 A2=2h1(δ nt-δ t-Ct)fr+2h2(δ nt-Ct-C2t)fr= 焊缝截面积A3 另加补强的面积A4 补强判别
MPa 补强圈腐蚀裕量C2'
mm mm mm
mm 补强圈有效宽度B'=Min(B,D) ] 时，δ n'=δ '+C'=
t t t
] 时，δ n'=δ '× [σ ] /[σ ]补 +C'= D× δ n'=
mm mm× mm
外直径× 名义厚度
9
Q345R
0.85 3.00 0.30 3.0
筒体材料许用应力[σ ]t 189.0
筒体厚度附加量C(=C1+C 2) 3.30 筒体开孔处名义厚度δ n 8 接管材料 16Mn
t
接管材料许用应力[σ ]t 178.0 接管外直径DEt 接管名义厚度 δ 接管内直径Dit 接管计算厚度δ t 筒体开孔内直径d 所需补强截面积A 补强有效宽度B
h1 d nt
t
0.90 406.00 1221.14 812 69.80 取二者的较小值 50.00 h1= 取二者的较小值 h2= 688.42 762.86 0.00 -230.14 0.00 50.00
mm mm mm2 mm mm mm mm2 mm2 mm
2
接管外侧有效补强高度h1=接管实际外伸高度=
筒体开孔补强
计算压力PC 设计温度t 筒体内直径Di 筒体材料 筒体焊接接头系数φ 筒体计算厚度δ 筒体厚度负偏差C1 筒体腐蚀裕量C2
接管： 设 计 条 件
0.800 60.0 #####
A2、A4、A5
遵循规范:GB150-2011 筒体开孔补强简图
MPa ° C mm MPa mm mm mm mm mm 接管厚度负偏差C1t MPa 接管腐蚀裕量C2t mm 接管焊接接头系数φ 0.00 3.00 1.00 mm mm mm
nt
424 12
mm 接管厚度附加量Ct(=C1t+C2t) 3.00
t
开 孔 补 强 计 算
Dit=DEt-2δ nt= 400.00 强度削弱系数f r f r=Min([σ ]tt/[σ ]t , 1)= 0.9418 δ t=PCDit/(2[σ ]t φ t-PC)= d=Dit+2Ct= A=dδ +2δ (δ nt-Ct)(1-fr)= B=Max(2d,d+2δ n+2δ nt)=
mm2
补强面积已满足要求，不需另加补强
补强圈设计
补强圈材料 补强圈许用应力[σ ]补 补强圈外直径D 补强圈计算厚度δ ' 补强圈厚度 补强圈最终尺寸 δ '=A4/(B'-DEt)= 当 [σ 当 [σ ]补t≥σ
t ]补 <[σ t t
补强圈厚度负偏差C1'
补强圈厚度附加量
C'=C1'+C2'=