最新SW6开孔补强计算书
开孔与开孔补强的计算编程
第一章绪论1.1开孔补强的重要性在压力容器设计中，为满足工艺操作，容器制造、安装、检验及维修等要求，开孔是不可避免的。
由于容器开孔以后，不仅消弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力可以达到容器筒体一次总体薄膜应力的3倍，某些场合甚至会达到5~6倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步的提高。
又由于材质和制造缺陷等各综合作用，开孔接管附近就成了压力容器的破坏源—主要疲劳破坏和脆性裂口。
因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。
1.2 开孔补强的设计方法(一)等面积补强法采用此方法要求容器开孔后,在容器和接管连接处周围的补强金属必须等于或大于开孔缩消弱的金属量(已通过孔截面的投影面积计算)。
它是根据补强后，强度安全系数为4~5的经验制订，希望不降低容器开孔后的平均应力。
这种补强方法比较安全可靠，使用简便，就是在接管同时受到内压、弯矩、推力等作用也能够给出足够的安全裕度。
但对不同的接管进行补强时，会得到不同的应力集中系数。
等面积补强应以在开孔中心截面上的投影面积进行计算，使补强材料的截面积不小于因开孔而挖掉的金属面积。
补强材料一般需与壳体材料相同，补强材料许用应力小于壳体的时，补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。
若补强材料的许用应力大于壳体的许用应力，所需的面积不得减少。
(二)根据弹塑性失效准则的设计方法这种补强方法，允许补强后的容器在开孔附近出现塑性变形。
在一次加载过程中出现的一定量的塑性变形，在第二次以后的重复加载中，除了蠕变效应外，不会再出现新的塑性变形。
只要一次应力加上二次应力小于三倍许用应力即两倍的屈服应力，容器就认为是安定的。
这种补强方法是根据美国压力容器研究委员会(PVRC)在圆筒和球壳上装有单根圆筒形径向接管的研究结果得出，其基本的出发点是从应力分类中的安定性概念出发，为维持开孔接管区的安定而僵局部高应力点的虚拟应力限制于δ2s,且将开孔并补强后壳体的屈服压力维持在为开孔时的98%的屈服压力。
sw6换热器全部校核数据校核资料
MPa
材料名称
20(GB8163)
换
管子平均温度tt
127.4
设计温度下管子材料许用应力[]tt
138.2
MPa
设计温度下管子材料屈服应力st
207.2
MPa
热
设计温度下管子材料弹性模量Ett
1.884e+05
MPa
平均金属温度下管子材料弹性模量Et
1.899e+05
MPa
平均金属温度下管子材料热膨胀系数t
187.80
MPa
试验温度许用应力
189.00
MPa
钢板负偏差C1
0.60
mm
腐蚀裕量C2
1.00
mm
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K= =1.0000
计算厚度
= = 9.55
mm
有效厚度
e=n-C1- C2=14.40
mm
最小厚度
min=3.00
mm
名义厚度
n=15.00
mm
结论
满足最小厚度要求
187.80
MPa
试验温度许用应力
189.00
MPa
钢板负偏差C1
0.30
mm
腐蚀裕量C2
1.00
mm
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K= =1.0000
计算厚度
= = 9.52
mm
有效厚度
e=n-C1- C2=11.40
mm
最小厚度
min=3.00
mm
名义厚度
n=14.70
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。
使用SW6-2011计算压力容器开孔补强的几个问题
１ 补 强 方 法 及 适 用范 围
１ ． １ 计算时应注意的问题 在使用 Ｓ Ｗ６ — ２ ０ １ ｌ 计算开孔补 强之前要 先判断接 管的直 径和壁 厚是否满足 Ｇ Ｂ １ ５ ０ ． ３ — ２ ０ １ １ 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 ＝ ２ ｄ 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 Ｓ Ｗ６ — ２ ０ １ １ 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。 计算软件 中的等面积补强法是指单个 开孔 的等面积法 ， 联合补强 法是指多个开孔的等面积法 等面积法是 开孔补 强计算方法 中最广泛 应用的计算方法 ． 该法是以补偿 开孔局 部截 面的一次拉伸强度作为补 强准则的 ． 是以无限大平 板上开有小圆孔 时孔边 的应力集中作为理论 基础 的． 即仅 考虑 容器壳体 中存 在的拉伸薄膜 应力 ， 对开孔 边缘的二 次应力 的安定 性问题是通过 限制开孔形状 ．长短径之 比和开孔范 围 ８ （ 开孔率 ） 间接 考虑的日 ， 使用该法应考虑开孔是否 满足 Ｇ Ｂ １ ５ ０ ． ３ — ２ ０ １ １ ｄ ｏ ｐ 中６ ． １ ． １的规 定 对于承受静载的压力 容器开孔 ， 长期实践证 明该法在 允许使用范围内 ． 其补强结果是 比较安全 可靠 的。分析法是根据弹性 ： ！ ！ 一｛ 薄壳理论得到 的应力分析法 用于内压作用下具 有径 向接管 圆筒的开 ｊ ｌ 孔补强设计 ． 其开孔率可达 ０ ． ９ 。 压力面积法 为 Ｈ Ｇ ２ ０ ５ ８ ２ — ２ ０ １ １ 大开孔 的补强计算口 中介绍 的补强方法 ， 其开孑 Ｌ 率可达 ０ ． ８ 。分析法和压力面 积法都是适用于大开孔径向接管补强计算 的 ， 不能计算斜接管 。大开 Ａ １ Ａ １ 孑 Ｌ 即超 出等面积补强法适用范 围的开孔。 而且 分析法 只能用在筒体上 Ｉ １ ｜ 的开孑 Ｌ ． 封 头上的大开孔应用 压力面积法计 算 ， 但在我 国压力面积法 Ｊ ｆ 尚不能作为合法 的设计依据 ． 该 方法只能参考使 用。压力面积法和等 面积法一样 ． 都不适用于有疲劳强度要 求的开 孔补强计算。另一补强 ｆ ｌ Ｊ 方法则为基于塑性失效准则的极限分析法 ． 对 受内压单个开孑 Ｌ 的密集 补强采用Ｈ 。 这种设计方法 限制条 件 ： 接管横截 面必须为 圆形 ， 其 中性 轴垂直 于壳体 、 接 管和补强件应 采用整体结 构 ． 过渡部分应 打磨成 圆 图 １ 补强面积 Ａ 角 。 使用 Ｓ Ｗ６ — ２ ０ １ １ 软件进行单个开孑 Ｌ 补强计算输 入数据后 ． 软件根 Ａ， ＝ （ — ｄ） （ — ） 一 ２ （ － － ６ ） （ １ ） （ １ ） 据输入条件 自动选择适合的计算方法 ． 如不符合单 孔补强条件形成孔 式 中： Ｂ为补强有效宽度 ； 如 为开孔直径 ； 为壳体 开孔处 的有效 桥 的． 则必须选择 联合补强法 ． 并 输入相关数 据才能得 到正 确的计算 厚 度 ； ６ 为壳体 开孔处 的计算厚 度 ； ＆ 为接管有效 厚度 为强度削弱 结果 系数 因１ － ， ： 的值很小 ， 一般情况下 Ａ 。 的值 随 ６ 的值 增大而增大。有 ２ 封头最小厚度对开孑 Ｌ 补强计算 的影响 效 厚度一般按式 （ ２ ） 计算 ： ２ ． １ 封头最小厚度的确定 ＝ 一 ｃ ｌ — ｃ ２ （ ２ ） 冲压封头 的最小厚度必须满足强度设计 的要求 ． 是压力容器安全 式中： 为名 义 厚度； ｃ 。 为钢板负偏差； ｃ 为腐蚀余量。（ ］ 々 第９ １ 页）
开孔补强计算书1201-1202-1203
计算单位
补强圈材料名称 补强圈外径 补强圈厚度 补强圈厚度负偏差C2 补强圈许用应力[σ ]
t
mm mm mm MPa
11.1 1 129.7
接管有效厚度δ et 接管计算厚度δ t 接管有效内伸长度h2 mm 计算截面 883.1 1766.2 9802.41 9095.93 mm 2036.29 64 0 11196.22
15.45 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.6 0
mm mm mm
(SP1201/SP1202/1203)开孔补强计算书 开孔补强计算 接管：φ 914*19.05 设计条件 计算压力Pc 设计温度 壳体型式 壳体材料名称 壳体内直径Di 壳体开孔处名义厚度δ n 壳体厚度负偏差C1 壳体腐蚀裕量C2 壳体开孔处有效厚度δ e 壳体材料设计温度下 许用应力[σ ]t 接管名义厚度δ nt 接管腐蚀裕量C2 接管厚度负偏差C1 接管材料许用应力[σ ]t 1.8 250/-19.7 MPa ℃ 内压圆筒 A 672 GR.C60CL23 1270 25 2 1.6 21.4 104 19.05 1.6 2 104 mm mm mm mm mm MPa mm mm mm MPa 开孔补强计算 壳体计算厚度δ 强度削弱系数fr 接管有效外伸长度h1 开孔直径d(mm) 有效宽度B（mm） 开孔削弱所需的补强面积A(mm ) 壳体多余金属面积A1(mm2) 接管多余金属面积A2（mm2） 补强区内的焊缝面积A3(mm2) 补强圈面积A4(mm ) 补强面积Ae=A1+A2+A3(mm )
(整理)SW6开孔补强计算书.
度
接管实际外伸长度
100
mm
接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
0.85
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
100
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.5
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
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C
0.625
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
1.25
mm
接管计算厚度δt
0.021
mm
补强圈强度削弱系数frr
528.6
264.3
接管多余金属面积A2(mm2)
82.09
82.09
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
25
25
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
635.7
371.3
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A2,φ25×4
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
SW6-1000m3球罐计算说明书
钢制球形储罐计算单位压力容器专用计算软件
计算条件简图
拉杆与支柱连接形式相邻
球壳形式混和式
近震还是远震近震
地震设防烈度6
场地土类别1
球壳分带数5
支柱数目n16
一根支柱上地脚螺栓个数 n d2
压力试验类型液压
地面粗糙度类别B
充装系数 k 1.00
公称容积800.0m3
球罐中心至支柱底板底面的距离 H09500.0mm
拉杆与支柱交点至基础的距离 l6000.0mm
a点(支柱与球壳连接最低点)至
3500.0mm
球罐中心水平面的距离 L a
支柱类型轧制钢管
支柱外直径 d o450.0mm
支柱厚度 45.0mm
拉杆直径 65.0mm
耳板和支柱单边焊缝长 L1600.0mm
拉杆和翼板单边焊缝长 L2 250.0mm
支柱和球壳焊缝焊脚尺寸 S10.0mm
耳板和支柱焊缝焊脚尺寸 S19.0mm
拉杆和翼板焊缝焊脚尺寸 S210.0mm
球壳钢板负偏差C1 0.0mm
球壳腐蚀裕量 C2 1.0mm
拉杆腐蚀裕量 C T 2.0 mm
地脚螺栓腐蚀裕量 C B 3.0mm
支柱底板腐蚀裕量 C b 3.0mm
保温层厚度无保温mm
保温层密度无保温 kg/m3
设计压力 p 1.00MPa 试验压力 p T 1.30MPa 设计温度 20.0︒
基本风压值 q0600.0 N/m2
基本雪压值 q600.0 N/m2
物料密度ρ2425.0kg/m3
附件质量 m77000.0 kg
焊接接头系数φ 1.00
支柱底板与基础的摩擦系数 f S0.4
球壳内径D i 11517.6mm。
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接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
0.85
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
100
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.5
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
接管多余金属面积A2(mm2)
82.09
82.09
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
25
25
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
635.7
371.3
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A2,φ25×4
计算方法:HG20582-98等面积补强法,单孔
应力校正系数F
1
1
开孔直径d(mm)
32.25
22
补强区有效宽度B(mm)
64.51
50
开孔削弱所需的补强面积A(mm2)
44.28
30.2
壳体多余金属面积A1(mm2)
159.8
138.7
接管多余金属面积A2(mm2)
28.02
28.02
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
16
16
补强圈面积A4(mm2)
50
开孔削弱所需的补强面积A(mm2)
24.76
24.74
壳体多余金属面积A1(mm2)
144.6
144.6
接管多余金属面积A2(mm2)
28
28
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
16
16
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
188.6
188.6
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
SW6开孔补强计算书
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A1,φ57×5
计算方法:HG20582-98等面积补强法,单孔
设计条件
简图
计算压力pc
0.1
MPa
设计温度
115
℃
壳体型式
圆形筒体
壳体材料
名称及类型
Q235-B
板材
壳体开孔处焊缝系数φ
0.85
壳体内直径Di
2400
mm
壳体开孔处名义厚度δn
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C
0.625
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
1.25
mm
接管计算厚度δt
0.021
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
10
mm
壳体厚度负偏差C
0.8
mm
壳体腐蚀裕量C
2
mm
壳体材料许用应力[σ]t
113
MPa
开孔中心到壳体轴线的距离
1000
mm
接管轴线与壳体表面法线的夹角
56.44
度
接管实际外伸长度
100
mm
接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
0.85
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
设计条件
简图
计算压力pc
0.1
MPa
设计温度
115
℃
壳体型式
椭圆形封头
壳体材料
名称及类型
Q235-B
板材
壳体开孔处焊缝系数φ
0.85
壳体内直径Di
2400
mm
壳体开孔处名义厚度δn
10
mm
壳体厚度负偏差C
0.8
mm
壳体腐蚀裕量C
2
mm
壳体材料许用应力[σ]t
113
MPa
椭圆形封头长短轴之比
2.143
Q235-B
板材
壳体开孔处焊缝系数φ
0.85
壳体内直径Di
2400
mm
壳体开孔处名义厚度δn
10
mm
壳体厚度负偏差C
0.8
mm
壳体腐蚀裕量C
2
mm
壳体材料许用应力[σ]t
113
MPa
椭圆形封头长短轴之比
2.143
开孔中心到壳体轴线的距离
mm
接管轴线与壳体表面法线的夹角
பைடு நூலகம்2.235
度
接管实际外伸长度
100
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
1.125
mm
接管计算厚度δt
0.008
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
接管有效外伸长度h1
9.381
mm
接管有效内伸长度h2
8
mm
计算截面
图示截面
与图示成90度的截面
应力校正系数F
1
1
开孔直径d(mm)
22.02
22
补强区有效宽度B(mm)
50.02
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
203.8
182.7
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
荆门炼化工程设计有限公司
接管:A3,φ25×4
计算方法:HG20582-98等面积补强法,单孔
设计条件
简图
计算压力pc
0.1
MPa
设计温度
115
℃
壳体型式
椭圆形封头
壳体材料
名称及类型
接管有效外伸长度h1
16.16
mm
接管有效内伸长度h2
8
mm
计算截面
图示截面
与图示成90度的截面
应力校正系数F
0.5
1
开孔直径d(mm)
94.58
52.25
补强区有效宽度B(mm)
189.2
104.5
开孔削弱所需的补强面积A(mm2)
59.11
65.31
壳体多余金属面积A1(mm2)
528.6
264.3
开孔中心到壳体轴线的距离
mm
接管轴线与壳体表面法线的夹角
46.95
度
接管实际外伸长度
100
mm
接管材料名称及类型
20(GB8163),管材
接管实际内伸长度
10
mm
接管焊缝系数
1
接管腐蚀裕量
2
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
1100
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C
0.5
mm
补强圈厚度负偏差C
mm
接管材料许用应力[σ]t
130
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
1.373
mm
接管计算厚度δt
0.007
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
接管有效外伸长度h1
9.381
mm
接管有效内伸长度h2
8
mm
计算截面
图示截面
与图示成90度的截面