使用SW6-2011进行开孔补强计算时应注意的问题.pdf

技术与市场技术研发 2014年第21卷第7期 使用 sw6 -2011 进行开孔补强计算时应注意的问题 李摇 华 (华西能源工业股份有限公司,四川 自贡 643001) 摘摇 要:sw6 -20111过程设备强度计算软件和 gb 1502011压力容器 2 -4简介;根据个人对标准的理解和对 sw6 的 使用经验提出在使用 sw6 -2011 进行开孔补强计算时应注意的 12 个问题。 关键词: sw6 -2011; gb 1502011; 开孔补强计算 doi:10. 3969/ j. issn. 1006 -8554. 2014. 07. 024 0摇 引言 sw6 - 2011 过程设备强度计算软件,是以 gb150 - 2011 压力容器等标准为计算模型,以 windows 为操作平台的计 算软件,是压力容器设计必备软件之一。 sw6 - 2011 包括 10 个设备计算程序(卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换 热器、填函式换热器、u 形管换热器、带夹套立式容器、球形储 罐、高压容器及非圆形容器)以及零部件计算程序和用户材料 数据库管理程序。 gb 1502011压力容器已于 2012 年 03 月 01 日正式实 施,是我国压力容器标准体系中最为核心的强制性基础标准, 在行业领域内影响巨大。 gb 150 - 2011压力容器是系列 标准的组合,规定了压力容器建造的基本要求、典型受压元件 的设计计算方法和制造、检验与验收的要求。 标准按压力容器 建造的逻辑顺序分为 4 个部分: gb 150. 1 -2011压力容器第 l 部分:通用要求; 6b 150. 2压力容器第 2 部分:材料; gb 150. 3压力容器第 3 部分:设计; gb 150. 4压力容器第 4 部分:制造、检验和验收。 本文所谈的是“gb 150. 3压力容器第 3 部分:设计冶中 的第6 章“开孔与开孔补强冶部分在实际工程运用中的经验总结。 在对 gb150 -2011 的贯彻实施及使用 sw6 -2011 的过程 中,由于各级压力容器设计人员的设计水平参差不齐,从而对 标准内容的理解程度及使用 sw6 进行数据输入和强度计算结 果的理解程度也各不相同。 例如在进行压力容器开孔补强计 算时,就可能出现因开孔补强方法选择错误或者数据输入错误 等问题而导致实际的开孔补强面积不足,从而为压力容器设备 的使用埋下安全隐患。 1摇 使用 sw6 - 2011 进行开孔补强计算时应注意的 12 个问题 1)开孔补强方法的选取:gb150. 3 的第 6 章适用于容器本 体的开孔及其补强计算,计算方法有以下 2 个: (1)等面积法:等面积法是以补偿开孔局部截面的抗拉强 度作为补强准则,保证补强后开孔处所具有的抗拉承载能力不 小于开孔前,其补强只涉及静力强度问题;无限大平板开小孔, 是容器壳体进行等面积补强的力学基础。 等面积法适用范围, 请详见 gb150. 3 第 6. 1. 1 条。 (2)gb150. 3 定义的分析法:分析法的设计准则是基于塑 性极限与安定分析得出的,通过保证一次加载时有足够的塑性 承载能力和反复加载的安定要求来保证开孔安全。 本方法是 在内压作用下圆筒具有径向平齐接管开孔补强设计的方法,该 方法建立在弹性薄壳小变形理论基础之上,不适用于外压、斜 接管及封头上的开孔。 分析法适用范围,请详见 gb150. 3 第 6. 6. 1 条。 另外,hg/ t20582 -2011钢制化工容器强度计算规定第 7 章的“压力面积法冶,运用此方法时的限制条件请详见 hg/ t20582 -2011 的 7. 1. 3 条。 在此还应注意的是:淤按照 gb150 进行设计的压力容器, 不能使用压力面积法进行开孔补强计算,压力面积法只可作为 工程设计中的参考。 压力面积法适用于法向圆形开孔内径与 壳体内径之比 di/ di 超过 gb150 中的范围时,如筒体上开孔率 0. 9、外压大开孔、凸形封头上的大开孔。 于gb150. 3 定义的 分析法和等面积法对开孔边缘的峰值应力问题未加考虑,所以 都不能用于疲劳容器的开孔补强。 2)计算所需最小补强面积时的截面选取: (1)对于圆筒或锥壳,其应力的计算对象是圆筒或锥壳中 的一次总体环向薄膜应力,所以对于圆筒或锥壳上开孔,该截 面为通过开孔中心点与筒体的轴线,即开孔计算直径应取圆筒 或锥壳纵向截面上形成的最大开孔直径,请详见下面 2 个图。 在图 1 中:对径向接管(管口 a)取 d,对斜向接管(管口 b)取 d1;对切向接管(管口 c)取 d;在图 2 中:对径向接管(管口 a ) 取 d;对斜向接管(管口 b)取 d1;对切向接管(管口 c)取 d2。 图 1摇 接管与筒体连接示意图 图 2摇 接管与锥体连接示意图 (2)对于凸形封头或球壳上开孔,该截面为通过封头开孔 中心点、并沿开孔最大尺寸方向、且垂直于壳体的表面。 3)开孔直径 dop:对于圆形开孔,dop 取接管内直径加 2 倍 厚度附加量;对于椭圆形或长圆形开孔,dop 取所考虑截面上的 尺寸(弦长)加 2 倍厚度附加量。 在此应注意的是:淤2 倍厚度 附加量:是指接管厚度负偏差 c1与腐蚀裕量 c2之和的 2 倍。 于当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时,孔的长径与短径之比应 不 2。 盂对于椭圆形或长圆形开孔,dop 所考虑截面(见第 2 条)上的尺寸是指弦长,而不是弧长。 厚壁接管补强:由于接管 补强结构变形协调原因,结构尺寸 啄nt/ 啄n应控制在 0. 5 2 范 围内。 34 技术研发technology and market vol.21,no.7,2014 4)有效补强范围:采用等面积补强法时,有效补强宽度 b = max 2dop dop+2啄n+2啄 nt ,但当实际结构的尺寸小于以上的 b 值时,应按实际尺寸作为有效补强范围,在使用 sw6 进行数据 输入时,其 b 值应由计算人员手工输入。 注:对于分析法和压力面积法,如实际结构尺寸达不到相 应方法所要求的有效补强范围,则计算结果不可靠,结构可能 是不安全的。 5)开孔计算时的有效厚度:开孔补强计算时的有效厚度没 有考虑制造减薄量,因此当在凸形封头上开孔时,应在施工图 中标注“封头成形后的最小厚度冶,该值可取开孔补强计算时所 确定的设计厚度。 对于椭圆封头上的开孔,当开孔位于 0. 8 倍封头内径范围 内时,封头的计算厚度按当量球形封头计算,该当量球形封头 的半径为 k1di、计算厚度为 啄 = k1pcdi 2滓 t准 -0. 5pc ,对于标准椭 圆封头,k1= 0. 9 。 6)开孔处壳体焊接接头系数的选取:当开孔不在焊接接头 上,或壳体本身焊接接头系数为 1 时,开孔处壳体焊接接头系 数取 1;当开孔在焊接接头上、且壳体本身焊接接头系数为 0郾 85,虽然开孔处壳体焊接接头需 100%rt 或 ut,但如果要求 合格级别为芋级进,则焊接接头系数仍应取 0. 85。 7)使用等面积法时对单个开孔的要求: 适用范围见 gb150. 3 第 6. 3. 1 条。 应注意的是,“开孔直径冶不是指的接管 直径,而应该按本文的第 3)条取值。 平盖上多个开孔联合补 强计算方法适用于:平盖危险径向截面上各开孔宽度总和不超 过 di/2、任意相邻两孔中心距大于两孔平均直径的1. 5 倍且臆 2 倍;当采用 sw6 -2011 进行计算时,此联合补强条件须由计 算人员确定。 8)厚壁接管补强:由于接管补强结构变形协调原因,结构 尺寸 啄nt/ 啄n应控制在 0. 5 2 范围内。 9)焊缝金属截面积 a3:在使用 sw6 进行计算时,此 a3 值 是由软件自动生成的,但此值有时可能与实际的焊缝金属截面 积有很大差别,特别是当采用厚壁补强接管进行开孔补强时。 这可能会因实际的补强面积不够而对设备的安全埋下隐患,所 以设计者应仔细检查软件自动生成的强度计算书、并与实际的 焊缝金属截面积比较,以便采取相应措施。 10)平盖上的开孔补强:淤平盖上开单孔,且开孔直径 dop 臆0. 5do(do 取平盖直径,对非圆形平盖取短轴长度)时,采用 gb150. 3 -2011 第6. 3. 4条进行等面积补强计算;于平盖上开 多个孔时,其适用条件和计算方法应按 gb150. 3 - 2011 第 6. 4. 3 条,即采用整体增加平盖厚度的方法进行补强。 但应注 意:在确定平盖厚度时,需在计算结果的基础上适当增加裕量。 11)壳体上的联合补强:按 gb150. 3 - 2011 第 6. 4. 1 条。 当两孔或多孔的间距较近时,应注意判定是否需要进行开孔联 合补强(这一点容易被遗忘);另外,在使用 sw6 计算时,对采 用联合补强的各开孔间重叠部分的面积,应按开孔直径比例进 行分摊,补强宽度 b 值应由设计者手动输入。 12)不另行补强的最大开孔直径:使用 sw6 进行开孔补 强,当输入的数据满足 gb150. 2 第 6. 1. 3 条的要求时,程序免 除补强计算。 但是,gb150. 2 第 6. 1. 3 条是根据工程经验制定 的,在所有条件都满足的情况下,若设计压力接近 2. 5 mpa,且 壳体材料的富裕量较少时,当对表 6. 1 中外径尺寸相对较大的 接管采用手工方法按等面积法进行开孔补强计算时,计算结果 基本上是不合格的;而且在工程中已使用的压力容器设备上, 因符合标准要求就没进行开孔补强,但在该部位破坏的情况也 曾发生过。 所以,在使用此条标准时,应慎重对待,建议使用 excel 按 gb150. 3 -2011 第 6. 3. 3 条的计算方法编写计算程序 或采用其他方法,在需要的时候核算一下,以便发现问题后采 取相应的补强措施。 2摇 结语 以上是根据本人对 gb150. 3 -2011 中的开孔补强部分的 理解和对 sw6 -2011 的使用经验,并结合对压力容器产品进 行校核和审核过程中发现的问题进行的一个小结。 使用 sw6 -2011 进行开孔补强计算时应注意的问题还不止这些,希望有 兴趣的压力容器设计人员再继续总结和补充。 参考文献: 1摇 秦叔经. sw6 -2011 在工程设计中的应用z. 2摇 寿比南,陈钢,郑津洋,等. gb 150. 1 150. 42011 压力 容器s. 北京:中国标准出版社,2012. 3摇 寿比南,杨国义,徐锋,等. gb 1502011 压力容器标 准释文s. 北京:新华出版社,2012. 4摇 陈朝晖,徐锋,杨国义. gb 1502011 压力容器问题解 答及算例s. 北京:新华出版社,2012. (上接第 42 页) 3摇 结语 excel 是美国微软公司 microsoft office 系列办公自动化软 件的重要组成部分,其功能强大,不仅可以用来制作电子表格, 而且可以存储管理数据,被广泛应用于会计、统计、营销、金融、 医学、日常行政管理与办公等领域。 对 excel 的熟练掌握与运 用,需要我们在日常工作中不断积累与摸索。 excel 也不断推 出了更新的版本,对 excel 的具体正确操作,也需要我们在日常 实际工作中不断