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濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計
摘要
壓力容器在石油、化工以及冶金等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但受力情況卻很復(fù)雜，一旦投入使用就要連續(xù)運行，還具有爆炸的危險。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器制造水平越來越高，壓力容器涉及多個學(xué)科，綜合性很強，一臺壓力容器從參數(shù)確定到投入正常使用，要通過很多的環(huán)節(jié)及相關(guān)部門的各類工程技術(shù)人員的共同努力才能實現(xiàn)。因此，重視壓力容器設(shè)計具有重要的意義。本論文簡述了壓力容器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，主要探討壓力容器設(shè)計的一般要求。通過查閱壓力容器工藝手冊，我們發(fā)現(xiàn)壓力容器的每個部分都需要確定使用的材料與工藝，不可忽視每一個很小的環(huán)節(jié)，否則將會有生命的危險。這樣多種性的操作特點給壓力容器從選材、制造、檢驗到使用、維護以致管理等諸方面造成了復(fù)雜性，因此對壓力容器的制造、現(xiàn)場組焊、檢驗等諸多環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求。
關(guān)鍵詞: 壓力容器 設(shè)計要求 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 工藝
ABSTRACT
The pressure vessel is widely used in petroleum, chemical, metallurgy and other fields.
Although its structure is simple, the force is very complex. Once put into use ,it is necessary to run continuously, and also has a risk of explosion. With the development of science and technology, the level of pressure vessel manufacturing increasingly high.The pressure vessel involves multiple disciplines and highly integrated.A pressure vessel,from the determination of the parameters to put into regular use, can be achieved through the joint efforts of many links and relevant departments of the various types of engineering and technical personnel. Therefore, the emphasis on pressure vessel design is of great significance. This paper outlines the pressure vessel structural standards,mainly has discussed the design requirements of pressure vessels.Through the inspection of pressure vessel technology manual, we found that each part of the pressure vessel needs to determine the use the materials and craft and each a small part can not be ignored, otherwise there will be lives at risk.Such a variety of operating characteristics result in the pressure vessel from the selection of materials, manufacture, examination to the use, maintenanceand complexity.Therefore,to the manufacture, scene group welded, examination and so many other aspects of the pressure vessel set the more and more high demands.
Keywords ：pressure vessel;design requirements ;structural standards;craft
21
濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
前言 1
第1章 壓力容器 2
1.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類 2
1.2 壓力容器的失效和設(shè)計要求 3
1.3 設(shè)計參數(shù)的規(guī)定 3
第2章 容器的選型和選材 5
2.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu) 5
2.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材 5
第3章 設(shè)計計算 6
3.1 筒體壁厚計算 6
3.2 封頭壁厚計算 6
3.3 壓力試驗 7
第4章 容器的開孔及補強 8
4.1 容器的開孔 8
4.2 容器的補強 9
第5章 支座的選擇 13
5.1 支座結(jié)構(gòu)和材料的選取 13
5.2 裙座設(shè)計 13
5.2.1 座體設(shè)計 13
5.2.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 14
5.2.3 螺栓座的設(shè)計 15
第6章 容器焊縫標(biāo)準(zhǔn) 16
6.1 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 16
6.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 16
6.3 管法蘭與接管的焊接接頭 16
6.4 接管與殼體的焊接接頭 16
結(jié)束語 18
參考文獻 19
致謝 20
前言
壓力容器是一種特殊的焊接結(jié)構(gòu)，它比較容易發(fā)生事故且事故的危害較為嚴(yán)重。隨著我國改革開放的深入，壓力容器的應(yīng)用范圍不斷擴大，數(shù)量不斷增加。在化工、煉油、醫(yī)藥等行業(yè)中，壓力容器幾乎成為生產(chǎn)中的主要設(shè)備。設(shè)備的增多，隨之而來的安全問題，顯得非常突出。近年來，國內(nèi)已經(jīng)多次發(fā)生壓力容器爆炸傷人的惡性事故。因此，保證壓力容器生產(chǎn)和使用安全，是從事壓力容器生產(chǎn)制造、管理以及壓力容器使用人員義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。國內(nèi)外壓力容器發(fā)生破壞的事故不少，究其原因，基本上可分為兩類性質(zhì)完全不同的破壞方式：一類是超強度破壞，即容器因晶間腐蝕、均勻腐蝕和高溫氧化等原因，導(dǎo)致材料強度削弱或壁厚減薄引起的破壞，以及操作失誤，致使壓力、溫度超過極限值引起的破壞。另一類是裂紋擴展破壞，即在正常使用條件或設(shè)計條件下，甚至在水壓試驗時，由于制造和使用中形成的各種裂紋失穩(wěn)擴展所引起的破壞。
壓力容器都是采用傳統(tǒng)的方法進行設(shè)計。但是，在以往的壓力容器設(shè)計中，由于 對容器各部分的受力以及它們對容器強度的影響，缺乏全面、精確、深刻的了解，因而只能在設(shè)計中采用較高的安全系數(shù)，以保證壓力容器的運行安全。在很長一段時間內(nèi)，這一設(shè)計方法對壓力容器設(shè)計和技術(shù)的發(fā)展起著積極的推動作用。由于傳統(tǒng)設(shè)計方法簡單易行，具有豐富的使用經(jīng)驗，各國依然采用它進行一般壓力容器的設(shè)計。在壓力容器建造的初期，產(chǎn)品建造的目的為滿足本國相應(yīng)工業(yè)的需求，壓力容器的生產(chǎn)技術(shù)也是以本國的基本生產(chǎn)條件為基礎(chǔ)。生產(chǎn)技術(shù)的總結(jié)和統(tǒng)一安全質(zhì)量的要求，使得國家依據(jù)自己的生產(chǎn)技術(shù)和管理要求制定出了適合于本國國情的相應(yīng)安全法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。中國已經(jīng)加入WTO，我國的壓力容器行業(yè)已經(jīng)不可避免地面臨國際市場的激烈競爭。在新形勢下，壓力容器生產(chǎn)廠家應(yīng)充分認(rèn)識自身的優(yōu)勢和不足，改變觀念，實行國際壓力容器生產(chǎn)的通行做法，使產(chǎn)品早日走出國門。
壓力容器設(shè)計是指根據(jù)給定的工藝設(shè)計條件，遵循現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟、正確合理地選擇材料，并進行結(jié)構(gòu)、強（剛）度 和密封設(shè)計。
壓力容器設(shè)計的基本思路：設(shè)計參數(shù)、容器類別和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的確定、結(jié)構(gòu)型式選擇、主體尺寸確定、材料的選擇、強度計算（應(yīng)力分析）、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計、容器附件的選擇、安全附件的配用、制造、檢驗和驗收的技術(shù)條件的編制。
第1章 壓力容器
1.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)與分類
化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域使用的受壓設(shè)備十分繁多，這些設(shè)備的功能及其內(nèi)、外結(jié)構(gòu)各異，但從強、剛度的角度分析，除個別者外都是受壓力載荷的回轉(zhuǎn)殼體，都屬于壓力容器范疇。壓力容器通常由筒體、封頭、接管(開孔）、密封件、支座等部分組成。它們又被稱為化工設(shè)備通用零部件，通常，承壓不大的化工設(shè)備通用零件大多有已有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時盡可能直接選用。
為了保證使用的安全性，我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局制定及公布了《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《容規(guī)》）。按照《容規(guī)》的要求，根據(jù)設(shè)計壓力的高低、在運行中可能發(fā)生危險的程度、所儲介質(zhì)的毒性和易燃等級等把壓力容器劃分為一、二、三等三個類別。其要點如下。
⑴按設(shè)計壓力大小容器分為四個等級：
低壓(代號L)容器 0.1MPa≤p＜1.6MPa;
中壓(代號M)容器 1.6MPa≤p＜10MPa;
高壓(代號H)容器 10MPa≤p＜100MPa;
超高壓(代號U)容器 p≥100MPa。
⑵按容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理可分為:
反應(yīng)壓力容器(代號R):用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。
換熱壓力容器(代號E):用于完成介質(zhì)的熱量交換。
分離壓力容器（代號S):用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離。
儲存壓力容器（代號C，其中球罐代號B）：用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)。
這兩種分類方法還不便于對壓力容器的分類管理工作。因此，從安全監(jiān)察的角度，《容規(guī)》將壓力容器按照其危險性和危害性進行分類，即綜合考慮設(shè)計壓力的高低、容器內(nèi)介質(zhì)的危險性大小、反應(yīng)或作用過程的復(fù)雜程度以及一旦發(fā)生事故的危害性大小，把它分為三類。
⑴第三類壓力容器，具有下列情況之一的，為第三類壓力容器：
高壓容器；
中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；
中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于10MPa·m3 ）；
中壓反應(yīng)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于0.5MPa·m3）；
低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且乘積大于等于0.2MPa·m3）；
高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；
中壓搪玻璃壓力容器；
使用強度級別較高（指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料制造的壓力容器；
移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車[液化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車]和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；
球形儲罐（容積大于等于50m3）；低溫液體儲存容器（容積大于5m3）。
低溫液體儲存容器（容積大于5m3）
⑵第二類壓力容器，具有下列情況之一的，為第二類壓力容器：
中壓容器；
低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；
低壓反應(yīng)容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）；
低壓管殼式余熱鍋爐；
低壓搪玻璃壓力容器。
⑶第一類壓力容器 ,除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。
1.2 壓力容器的失效和設(shè)計要求
壓力容器常見的失效現(xiàn)象有以下三大類：過度變形失效（強度失效、剛度失效）、斷裂失效、表面損傷失效。壓力容器存在多種失效模式，容器設(shè)計時必須切實防止各種失效的出現(xiàn)以保障容器的安全。容器設(shè)計時按防止各種不同失效所建立的設(shè)計準(zhǔn)則進行強度或剛度的設(shè)計校核。概括的說，壓力容器的設(shè)計應(yīng)當(dāng)以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個環(huán)節(jié)，并盡可能做到經(jīng)濟合理。一般先從掌握應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)著手，進入具體問題的設(shè)計計算，然后從綜合考慮落實到機構(gòu)設(shè)計。
1.3 設(shè)計參數(shù)的規(guī)定
工作壓力（PW） 指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。
設(shè)計壓力（P） 指設(shè)定容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不得低于工作壓力。即P≥PW。
計算壓力（PC） 指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜
壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可忽略不計。故PC≥P；
試驗壓力（Pt） 指壓力試驗時，容器頂部的壓力。（試驗用壓力表口設(shè)計位置應(yīng)位
于容器頂部）
設(shè)計溫度 指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的
溫度平均值）。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)計載荷條件。
試驗溫度 指壓力試驗時，殼體金屬的溫度。
計算厚度δ 指按厚度計算公式計算得到的厚度。
設(shè)計厚度δd 指計算厚度（δ）與腐蝕裕量（C2）之和。即δd =δ+C2, 因此δd ≥δ
名義厚度δn 指設(shè)計厚度（δd ）加上鋼材厚度負(fù)偏差（C1）后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)在圖樣上的厚度。
δn≥（δd + C1）
有效厚度δe 指名義厚度（δn）減去腐蝕裕量（C2）和鋼材厚度負(fù)偏（C1）。
δe =δn-C1-C2
=δn-（C1+C2）=δn-C（厚度附加量）
厚度附加量C 由鋼材厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2兩部分組成。
C = C1 + C2
鋼材厚度負(fù)偏差C1 按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；當(dāng)鋼材厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，厚度負(fù)偏差C1可忽略不計。
腐蝕裕量C2 為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導(dǎo)至厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。對有腐蝕或磨損的零件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率而定。
最小厚度 容器在較低內(nèi)壓力作用下，按厚度計算方法得到的厚度很小，雖然能滿足容器的強度要求，但剛度不夠。為解決剛度問題，GB150中規(guī)定了殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度：
1)對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3 mm；
2)對高合金鋼制容器，不小于2 mm。
因此，碳素鋼和低合金鋼制的容器的最小名義厚度應(yīng)不小于4 mm。
許用應(yīng)力 容器使用鋼材常用指標(biāo)是力學(xué)性能，在D類容器中，主要指標(biāo)是材料的抗拉強度σb和屈服點σs（或σ0.2）。容器使用中達(dá)到屈服或斷裂時即為破壞，在實際應(yīng)用中必須控制容器的材料受力處在安全范圍內(nèi)，即除以系數(shù)n，n稱為材料許用應(yīng)力系數(shù)（即是設(shè)計安全系數(shù)）。
焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。
第2章 容器的選型和選材
2.1 筒體的選材及結(jié)構(gòu)
本設(shè)計課題條件：工作溫度：45℃；設(shè)計溫度：50℃；工作壓力：0.8 MPa；設(shè)計壓力：0.85 MPa；介質(zhì)：空氣；Di=3200mm；總?cè)莘e：60m3
查相關(guān)手冊可以判斷設(shè)計的容器為儲存內(nèi)壓壓力容器，按《容規(guī)》規(guī)定，0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 屬于低壓容器。設(shè)計溫度為50℃，在-20℃～200℃條件下工作屬于常溫容器。
根據(jù)空氣的物性選擇罐體材料，空氣的腐蝕性很小，且又屬于低壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價16MnR鋼板比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號為GB6654-1996。
筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。
2.2 封頭的結(jié)構(gòu)及選材
封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓，其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達(dá)到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95）
表2.1 橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn)
公稱直徑DN
曲面高度h1
直邊高度h2
內(nèi)表面積Fi/m2
容積V/m3
3200
800
40
11.25
4.29
封頭取與筒體相同材料。
第3章 設(shè)計計算
3.1 筒體壁厚計算
查 《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點為1430℃，許用應(yīng)力列于下表：
表3.1 16MnR許用應(yīng)力
鋼號
板厚/㎜
在下列溫度（℃）下的許用應(yīng)力/ Mpa
≤20
100
150
200
250
300
16MnR
6～16
170
170
170
170
156
144
16～36
163
163
163
159
147
134
36～60
157
157
157
150
138
125
>60～100
153
153
150
141
128
116
圓筒的計算壓力為0.85 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的對接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為0.85,局部無損探傷。取許用應(yīng)力為170 Mpa。
壁厚：
式(3-1)
鋼板厚度負(fù)偏差mm,查材料腐蝕手冊得50℃下空氣對鋼板的腐蝕速率小于0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量mm。
所以設(shè)計厚度為：
式 (3-2)
圓整后取名義厚度14mm。
3.2 封頭壁厚計算
標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1 ，其中a、b分別為橢圓形封頭的長半軸和短半軸。
封頭計算公式 ：
式（3-3）
可見封頭厚度近似等于筒體厚度，則取同樣厚度。由封頭壁厚查標(biāo)準(zhǔn)得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h2=40㎜。
3.3 壓力試驗
水壓試驗，為了避免試驗時發(fā)生低溫脆性破壞，對于16MnR鋼制容器，其液體的溫度不得低于5℃；
試驗方法：試驗時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。
水壓試驗時的壓力
式（3-4）
水壓試驗的應(yīng)力校核：
水壓試驗時的應(yīng)力
式（3-5）
水壓試驗時的許用應(yīng)力為
式(3-6）
,故筒體厚度滿足水壓試驗時的強度要求。
第4章 容器的開孔及補強
4.1 容器的開孔
考慮到容器主要用來空氣貯備，應(yīng)開7個孔，包括進氣孔、出氣孔、安全閥孔、放凈氣孔、備用孔、壓力計孔、人孔。
開孔N1：接管公稱直徑為Φ150mm，外徑為Φ159mm，厚度為4.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個，法蘭重量為6.12㎏。
開孔N2：出氣孔的基本尺寸以及法蘭與進氣孔相同。接管公稱直徑為Φ150mm，外徑為Φ159mm，厚度為4.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個，法蘭重量為6.12㎏。
開孔N3：接管公稱直徑為Φ100mm，外徑為Φ108mm，厚度為4mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為8個，法蘭重量為4.01㎏。
開孔N4：接管公稱直徑為Φ50mm，外徑為Φ57mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為4個，法蘭重量為2.09㎏。
開孔N5：接管公稱直徑為Φ50mm，外徑為Φ57mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M16，數(shù)量為4個，法蘭重量為2.09㎏。
開孔M：接管公稱直徑為Φ500mm，外徑為Φ530mm，厚度為9mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M22，數(shù)量為20個，法蘭重量為27.7㎏。
開孔P：接管公稱直徑為Φ25mm，外徑為Φ35mm，厚度為3.5mm，接管法蘭的標(biāo)準(zhǔn)見16-17（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》華東化工學(xué)院出版社出版），法蘭直徑為M12，數(shù)量為4個，法蘭重量為0.89㎏。
為了增強容器的強度需驗證是否需要補強。
4.2 容器的補強
開孔補強結(jié)構(gòu)：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。
補強圈補強是使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。
壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當(dāng)補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用16MnR。
補強范圍：有效補強區(qū)（即開孔應(yīng)力集中區(qū)）
補強區(qū)寬度：B=2d
補強區(qū)外側(cè)高度：h1=[d（St-C）]/2或等于接管外伸高度，取二者中較小值
補強區(qū)內(nèi)側(cè)高度：h2=[d（St-2C）]/2或等于接管內(nèi)側(cè)高度，取二者較小值
式中：d—考慮腐蝕后的開孔直徑，等于開孔內(nèi)徑加兩倍腐蝕裕度
St—接管的實際壁厚
C—壁厚附加量
⑴有效補強區(qū)內(nèi)，可作為補強金屬截面面積A的計算
A=A1+A2+A3＋A4
式中：A—筒體或封頭承受內(nèi)壓或外壓所需壁厚和壁厚附加量兩者之外的多余金屬
A4—在補強區(qū)內(nèi)另外加的補強金屬截面面積
A1=(B-d)Φ[（S-C）-S0]
式中：Φ—焊縫系數(shù)，焊縫不通過開孔時，取Φ=1.0：焊縫通過開孔時，取Φ=0.85
A2—接管承受內(nèi)壓或外壓所需要厚度和壁厚附加量兩者之外的多余金屬
A3=2h1（ St- St0-C）+2h2（St-2C）
式中：St0—接管的計算厚度
A3—在補強區(qū)內(nèi)的焊縫截面面積
⑵開孔所削弱的金屬截面F的計算：
對于內(nèi)壓容器：A=d×S0 ,其中S0為殼體開孔處計算壁厚，對于封頭S0的計算為：如果開孔位于以橢圓形封頭中心為中心80%封頭內(nèi)徑范圍內(nèi)，則S0=PK1Di/2[σ]t Φ，式中：K1—當(dāng)量球體半徑系數(shù)
⑶等面積補強設(shè)計準(zhǔn)則方程式
若A1+A2+A3 >A,則不需補強;若A1+A2+A3 ≤A，則需補強，要求有效補強金屬截面面積A4 ：A4 ≥A-(A1+A2+A3 )
N1：開孔接管，接管的實際外伸長度L=194mm，實際的內(nèi)伸長度為0，接管焊接接頭系數(shù)F=1，接管材料選用20（GB8163）管材，接管的腐蝕裕量C=1.8mm，接管厚度負(fù)偏差C1r=0.562mm，接管材料的許用應(yīng)力[σ]=130Mpa。開孔的計算厚度S=8.883mm，所以開孔銷所需的補償面積：A=S×d=8.883×159=1379mm2
接管的有效外伸長度h1=26.34mm，接管的有效內(nèi)伸長度h2=o，殼體多余金屬面積A1=(B-d)Φ[（S-C）-S0]，代入數(shù)據(jù)得：A1=553.4mm2
接管多余金屬面積：A2=2h1（ St- St0-C）+2h2（St-2C）
代入數(shù)據(jù)得：A2=79.53mm2
補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積：A3=20.25mm2
則：A1+A2+A3=653.1mm2
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