补强计算
开孔补强计算GB150-2011等面积补强法_单孔
接管实际外伸长度
150.00 mm 接管有效外伸长度 h1
18.87 mm
接管实际内伸长度
0.00 mm 接管有效内伸长度 h2
0.00 mm
开孔削弱所需的补强面积 A
A=dδ+2δδt(1-f)
798.8 mm2
壳体多余金属面积 A1
A1=(B-d)(S-δ-C)-2St(S-δ)(1-f)
180.2 mm2
钢板负偏差及腐蚀裕量 C
1.0 mm
接管外径 d ’
89.0 mm
接管外径 d (最大尺寸）
89.0 mm
接 接管材料
20
[σ] 接管许用应力
[σ]t
131.00 MPa
补强圈材料
—
补 131.00 MPa
补强圈许用应力 [σ]rt
131.00 MPa
接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f
551 mm2
结：
补强满足要求
0.9 4.00 mm
1.0 mm 1
强 补强圈外径 d2 补强圈厚度 S1t 补强圈负偏差及腐蚀裕量
圈 C2 补强圈强度削弱系数 fr
178 mm 12 mm 1 mm 1
开孔直径 di
89.0 mm 补强区有效宽度 B
178.00 mm
壳体计算厚度 δ
8.976 mm 接管计算厚度 δt
1.422 mm
设计条件
简图
设计压力 Pc
0
1.05 MPa
设计温度 t
200 ℃
椭圆形封头长短轴之比 过渡区半径与球面半径之 比 壳体内直径Di
开孔处焊接接头系数 φ
补强计算
（c）壳体开孔补强的要求 详见表6-20 （d）开孔有效补强范围及补强面积的计算
有效宽度B=2d、B=d+2δn+δnt，取大值 有效高度
有效补强面积Ae= A1+A2+A3 (若Ae ≥A，不须另加补强Ae ≤ A ，则另计A4=A-Ae；)
(e)开孔补强设计步骤
（1）根据强度设计公式和工艺要求，计算δ 和δt及C和C2，确定d； （2）由δ和δt计算B、h1和h2； （3）由A1、A2计算A； （4） Ae= A1+A2+A3（+A4）
会被粘住而影响开启精度 。
●安全阀适用范条件 适用于介质是比较清洁的气体（空气、水蒸气等）的
设备上，不宜用于介质具有剧毒性的设备，更不能用于容 器内有可能产生剧烈的化学 反应而使压力急剧升高的设 备。
◆ 安全阀的选用
选用安全阀应从以下几方面考虑
● 结构形式 主要决定于设备的工艺条件和工作介质的特 性。
◆ 压力表的选择及使用
● 压力表的选择
★ 压力表的最大量程应与容器的工作压力相适应。
★ 压力表必须要有足够的精度。
◆ 压力表的安装及维护
四、液面计和温度计
◆ 液面计的类型
化工生产中常用的液面计按结构形式有玻璃管液面计、 玻璃板液面计、浮子液面计和浮标液面计，其中以玻璃管 液面计和玻璃板液面计最为常用。
•应力集中产生的根本原因
❖ 由于结构的连续性被 破坏，在开口接管处 ，壳体和接管的变形 不一致。为使二者在 连接之后的变形协调 一致，连接处便产生 了附加的内力，主要 是附加弯矩。由此产 生附加弯曲应力，便 形成连接处局部地区 的应力集中。
补强结构
补强圈补强
补强结构
ASME B31.3 焊接支管连接补强计算EXCEL
内压所需的补强面积（外压为内压的一半） 主管壁多余厚度导致的面积 d1在支管处从集管上除去的有效长度；d2补强区宽度之半。 支管壁多余厚度导致的面积 由焊缝和适当的外加补强提供的面积。一般基于焊缝面积的最小尺寸。 tc是te/0.707. te取0.25英寸（6.4mm）和0.7*（Tb）中的较小值。（Tb指的是支管的公称厚 度）
ASME标准焊接支管连接补强计算 项目 计算压力P 质量系数E 材料的许用应力S 焊缝接头强度降低系数W 设计系数Y 主管外径Dh 支管外径Db 主管公称壁厚Th 支管公称壁厚Tb 裕量c 补强的最小厚度 主管壁厚度Th 支管壁厚度Tb 集管外表面的补强区高度L41 集管外表面的补强区高度L42 集管外表面的补强区高度L4 支管处从主管上去掉的有效长度 补强区宽度之半 d1 主管的压力设计厚度th 支管的压力设计厚度tb tt 覆盖角焊缝的焊缝高度te 最小焊脚尺寸tc 需要补强的面积A1 补强面积A2 补强面积A3 补强面积A4 总补强面积Ae 要否补强 公式代号 P E S W Y Dh Db Th Tb c Tr Th Tb L41 L42 L4 d11 d12 d1 th tb tt te tc A1 A2 A3 A4 Ae 单位 psi psi 输入数据 300 1 16000 1 0.4 8.625 4.5 0.322 0.237 0.1 0 0.28175 0.207375 0.454375 0.2684375 0.2684375 4.28525 2.43175 4.28525 0.080257444 0.041873449 0.1659 0.1659 0.234653465 0.343923213 0.434920975 0.035166145 0.055062249 0.525149369 无须补强 备注 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 请输入数据 Th=Th*0.875(可以修改) Tb=Tb*0.875(可以修改) L41=2.5(Th-c) L42=2.5（Tb-c）+Tr 自动判断条件 d1=[Dh-2(Tb-c)]/sinB d2=（Tb-c）+（Th-c）+d1/2 自动判断条件 t=PD/[2(SEW+PY)] tt=0.7*Tb 自动判断条件 tc=te/0.707 A1=th*d1*(2-sinB) A2=(2d2-d1)（Th-th-c） A3=2L4(Tb-tb-c)/sinB A4=2*1/2*(tt)2 Ae=A2+A3+A4 自动判断条件
压力容器大开孔补强计算
压力容器大开孔补强计算【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，gb150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。
本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。
而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。
此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。
即需要设置接管、人孔。
两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。
这些边界内力主要是通过在开孔的边缘或者接管的端部引起二次应力从而使其两部分在连接点上的变形能够相互协调。
非径向接管的开孔补强计算
非径向接管的开孔补强计算产品名称：图号：本计算依据HG 20582-1998《钢制化工容器强度计算规定中的非径向接管的开孔补强计算》的规定，进行非径向接管的开孔补强计算一、参数输入计算压力Pc=0.6Mpa 壳体或封头内直径Di=510mm 设计温度下壳体或封头材料的许用应力[σ]t=130Mpa 设计温度下接管材料的许用应力[σ]t t =130Mpa 接管内直径di=52mm接管材料的强度削弱系数fr=1.0承受内压所需要的圆筒厚度1.18mm承受内压所需的接管厚度0.12mm二、和圆筒轴线相交90度截面的分析：开孔直径d=147mm 应力校正系数F=0.5mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积86.7mm 2壳体或封头在开孔处的名义厚度δn=10.0mm 接管的厚度附加量1.8mm补强区平行于壳体或封头器壁方向294mm的有效范围宽度175mmB1、B2中较大值294mm1383mm 补强区有效范围平行于接管轴线方向的外侧长度14.9mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mm62.0mm 16.0mm1461.3mm而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.三：平行于圆筒轴线截面的分析：开孔直径d=45mm 应力校正系数F=1mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积mm 2mm 接管的腐蚀裕量C2t=1.0mm 补强区平行于壳体或封头器壁方向B1=2d=90mm的有效范围宽度B2=d+2δn+2δnt=73mm B1、B2中较大值B=90mm壳体或封头承受内压或外压所需要计算厚度之外在补强区有效范围以内能起补强作用的多余截面积396.9mm 2的外侧长度mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mmmm 2补强区有效范围内除已记入A1、A2、之外，能起补强作用的焊缝面积16.0mm 2474.9mm 2而A1+A2+A3<A,所以对于平行于圆筒轴线的截面，补强面积不足需另行补强.4mm53.1mm 2396.9mm 214.962.0mm 2A3=16.0mm2mm 2而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.。
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
碳纤维补强计算
碳纤维结构补强基本计算：轴心抗压强度：f cc′= f c′·[-1.254+2.254(1+7.94f l′/ f c′)1/2-2 f l′/ f c′]f cc′:补强后混凝土强度（设计强度）f c′:补强前混凝土强度f l′:混凝土所受的围束力f l′= f ls′(箍筋所提供的围束力)+ f lgf′（碳纤维所提供的围束力）f ls′=A sh·f y/S h·Df lgf′=2ntE gfεgf/DD :柱断面直径S h: 钢筋间距f y：钢筋屈服强度t: 单层碳纤维贴片厚度n: 碳纤维贴片层数ε：碳纤维极限应变gfE gf：碳纤维弹性模数剪力补强V n(剪力设计值)= V c+ V s+ V cfV c(砼抗剪强度)= 0.53( f c′)1/2·A eV s(箍筋抗剪强度)=πA v f y D′φs/2S (圆柱)= n′A v f y D′φs/S(矩形柱) D′：箍筋所围区域的直径φs= 1.27n′：横向箍筋的个数V cf(碳纤维抗剪强度)=πn t E cfεcf D′φcf/2 (圆柱)= 2n t E cfεcf D′φcf (矩形柱)φcf = 1εcf = 0.008 (围束)εcf = 0.004 (U形)弯距补强碳纤维在张力侧：△F = Af·f cf = t f b E cfεcfεcf = 0.012碳纤维在压力侧：△F = Af·f cf = t f b E cfεcfεcf = 0.0035 且纤维外侧需围束一层。
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
压力容器卷筒大开孔补强计算方法
压力容器卷筒大开孔补强计算方法摘要：压力容器是能够承载一定压力的气体或液体容器，大开孔的压力容器为保证其抗压能力，需在开孔接管位置进行补强。
本文主要对压力容器大开孔补强的相关计算方法进行了分析，并对其进行比较，以找出最适合的补强方法。
关键词：压力容器；大开孔补强；计算方法随着工程技术的发展，对压力容器的要求也越来越高，压力容器常需要进行大的开孔接管工序，而在压力容器上进行开孔操作就会破坏原来的应力状态，使压力容器内的力平衡遭到破坏，因而为了恢复容器内应力平衡状态，需要对容器开孔位置进行补强，而对于补强的计算主要有以下几种方法。
1.压力面积法压力面积法是通过使圆筒、补强原件和接管有效截面产生的承载力与有效补强范围内产生的载荷相等来实现补强的一种计算方法，这种方法在计算时主要考虑补强材料薄膜应力即可，并没有涉及到容器开孔孔边弯曲强度问题，这一方法的计算方式虽然和以往等面积方法有所不同，但原理是一样的。
其计算通式是（Ap/Aσ+1/2）p≤[σ]，其中Ap是指压力容器有效补强范围内的压力作用面积，而Aσ是指补强元件、接管等有效承载面积，p是容器圆筒的设计压力，[σ]则是指所应用的补强材料的许用应力，从上面的计算式就可以看出这一方法的计算是建立在补强截面薄膜应力计算的基础上，而不涉及孔边弯曲应力，因而在实际应用中，常会因实际应力与计算结果相差太大而失去补强的目的，因此这种方法在实际工程中应用较少。
2.ASME计算法鉴于压力面积法在弯矩问题上的缺点，ASME方法就在压力面积法上增加了弯矩作用计算，在理论上就是在计算薄膜应力的同时增加弯矩应力计算，因而其计算通式是，Sb=，M=（/6+RRne）p，其中As是指开孔区域内的横截面面积，而I是指As面积中所对应的中性轴惯性矩，a是指中性轴和容器壁表面之间的距离，Rm是指课题平均的半径长度，Rnm是指接管颈平均的半径长度，e是指As面积中性轴和壳壁中面处之间的距离，由上面的计算式可以看出该计算方法对薄膜应力的计算和压力面积方法相同，并对补强范围进行了调整，然后在这一基础上增加了弯矩计算，弯矩应力主要包括两个部分，一是在实施开孔操作后在孔边缘产生的轴向拉力，二是开空前在开孔区域内压位置上差异不同所带来的弯矩，这一种计算方法较压力面积法更为进步，考虑了开孔位置边缘弯矩应力问题。
封头补强计算
设计压力pc
设计温度t
封头名义厚度δ
n
6
65
40
筒体内直径Di
接管内直径di
封头头腐蚀余量c2
3400
548
1.5
筒体在设计温度下的许用应力接管在设计温度下的许用应力封头开孔处计算厚度δ
17017837.83382789强度削弱系数fr
接管实际外伸高度h
有效宽度B
1
175
1090
内伸接管高度h'
接管计算厚度δt
外伸接管有效高度h1
09.394285714
127.8671185
需要的面积A 20619.4362补强面积Ae
5249.049064壳体有效厚度减去计算面积
之外的多余面积A1363.0637982
接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A24885.985266
是否需要补强需要
需要另外补强的面积
15370.38714
实际补强面积16250
计算结果
OK
面积计算
计算数据
原始条件
GB150-2011（等面积法补强计算）
算数据
接管名义厚度δnt
30接管腐蚀余量c2t
1.5
接管有效厚度δet
28.5
接管开口直径dop
545内伸接管有效高度h2。
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碟形封头开孔碟形封头球面部分半径Ri=450容器壳体材料在设计温度下许用应力[σ]t=113
设计压力p=0.25
液注静压力=0
计算压力p c=0.25
焊接接头系数Φ=0.85
45壳体开孔处计算厚度δ=0.586014
厚度负偏差C1=0.8
腐蚀裕量C2=3
厚度附加量C= 3.8
壳体名义厚度δn=10
壳体有效厚度δe= 6.2
接管材料在设计温度下许用应力[σ]tt=130
接管外径d t=57
接管计算厚度δt=0.048123
接管名义厚度δnt= 3.5
接管厚度负偏差C t1=0.4375
接管腐蚀裕量C t2=3
接管厚度附加量C t= 3.4375
接管有效厚度δet=0.0625
开孔直径d=56.875
强度削弱系数f r=1
所需补强面积A=33.32954
补强有效宽度B=113.75
壳体有效厚度减去计算厚度之外多余面积A1=319.2955
接管有效厚度减去计算厚度之外多余面积A2=0.405683
接管外伸高度=150
接管外侧有效补强高度h1=14.10895
接管内伸高度=0
接管内侧有效补强高度h2=0
外侧焊脚高度= 3.5
内侧焊脚高度=0
焊缝金属面积A3=12.25
补强面积A e=A1+A2+A3=331.9511
补强满足要求，不需另加补强
补强圈外径=130
补强圈厚度δc n=6
补强圈厚度负偏差C cn=0.6
有效补强范围内另加补强面积A4=306.45
A-A e-298.622
加补强圈后，补强满足要求，不需另加补强
使用说明：
1.先点击左上角绿色单元格（A1），从下拉列表中选择容器开孔部位；
2.根据B列所列参数，在C列相应行输入数值；
3.由系统计算并判断是否需要补强。
注：
1.本表格用于计算内压容器开孔；
2.筒体、封头上斜向开孔由用户输入接管外壁弦长及接管厚度弦长；
3.椭圆形封头开孔，开孔位于椭圆形封头80%中心范围内；
4.碟形封头开孔，开孔位于碟形封头球面部分内；
5.C列红、绿色单元格由系统计算得出数值，无需用户填写。
免责声明：
本表格根据GB150-1998及HG20592-1998相关章节编制，计算数据仅供参考。