5-2 管道设计

1、 对于已标明公称压力的管件不必进行计算。对于已标明公称压力的管件不必进行计算。=计算厚度+厚度附加量；=计算厚度+厚度附加量+圆整至该组 成件的材料标准规格的厚度；=名义厚度-附加量。=计算厚度+腐蚀/磨蚀附加量容器厚度容器厚度计算厚度计算厚度 设计厚度设计厚度 d d名义厚度名义厚度 n n有效厚度有效厚度 e e成型厚度成型厚度计算厚度（计算厚度（）由公式采用计算压力得到的厚度。由公式采用计算压力得到的厚度。 必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。设计厚度（设计厚度（dd）计算厚度与腐蚀裕量之和。计算厚度与腐蚀裕量之和。ddC C2 2 名义厚度（名义厚度

2、（nn）钢材标准规格厚度钢材标准规格厚度=设计厚度设计厚度+ +钢材钢材厚度负偏差厚度负偏差C C1 1后后+ +圆整值，即圆整值，即标注在图样上的厚度。标注在图样上的厚度。有效厚度（有效厚度（ee）名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕 量。量。eennC C1 1C C2 2厚度附加量（厚度附加量（C C）由钢材的厚度负偏差由钢材的厚度负偏差C C1 1和腐蚀裕量和腐蚀裕量 C C2 2 组成，不包括加工减薄量组成，不包括加工减薄量C C3 3。 C=CC=C1 1+C+C2 2加工减薄量加工减薄量根据具体制造工艺和板材实际厚度由制造根据具体制造工艺和板材实际厚度由制

3、造 厂而并非由设计人员确定。厂而并非由设计人员确定。钢材的厚度负偏差钢材的厚度负偏差0.25mm0.25mm，且不超过名义厚度的，且不超过名义厚度的6%6%时，时， 可取可取C C1 1=0=0。规定规定: : 负偏差负偏差钢板标准GB/T3274 GB/T3280 GB/T4237 GB/T4238钢板厚度5.57.57.52525303034负偏差C10.60.80.91.0钢板厚度3440405050606080负偏差C11.11.21.31.8腐蚀裕量均匀腐蚀速率腐蚀裕量均匀腐蚀速率容器设计寿命容器设计寿命腐蚀裕量只对防止均匀腐蚀破坏有意义；腐蚀裕量只对防止均匀腐蚀破坏有意义；碳素钢、

4、低合金钢：碳素钢、低合金钢： C2不小于不小于1mm；不锈钢：介质腐蚀性极微时，可取不锈钢：介质腐蚀性极微时，可取C2=0。作用于管道的载荷：作用于管道的载荷：v 有管内有管内介质压力、管子质量（包括管内介质及保温材料等）、管子质量（包括管内介质及保温材料等）产生的产生的均布载荷，阀门、三通、法兰等管件质量产生的，阀门、三通、法兰等管件质量产生的集中载荷，管道，管道支吊架产生的反力，风力支吊架产生的反力，风力，地震载荷地震载荷；v 温度变化管道发生热胀冷缩受约束产生的温度变化管道发生热胀冷缩受约束产生的热载荷热载荷，管道安，管道安装施工时各部分尺寸误差产生的安装装施工时各部分尺寸误差产生的安装

5、残余应力残余应力，与管道连，与管道连接的设备变位或其它原因的管端位移引起接的设备变位或其它原因的管端位移引起管系变形而产生管系变形而产生的载荷的载荷等；等；v 由于管内介质压力脉动引起的由于管内介质压力脉动引起的管道震动管道震动，液击产生的，液击产生的冲击冲击波波等。等。风载荷和地震载荷热载荷安装残余应力 管道相对移位造成的位移载荷集中载荷 支架反力Rx,Ry,Rz RyRx管件质量meg均布载荷 p管内介质产生的压力p管子质量mgmg管道振动载荷或液击产生的冲击载荷 对于下列特殊条件的管道设计压力取值，应与上述规定比较，取两者中的较大者： A 设计压力设计压力 为压力容器的设计载荷条件之一，

6、其值为压力容器的设计载荷条件之一，其值 不低于不低于最高工作压力最高工作压力。设计压力应视内压或外压容器分别取值。设计压力应视内压或外压容器分别取值。容器顶部在正常工作过程中容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。可能产生的最高表压。设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。装安全阀装安全阀不低于安全阀开启压力，不低于安全阀开启压力，1.051.10倍倍 最高工作压力。最高工作压力。装爆破片装爆破片爆破片最低标定爆破压力加上所选爆爆破片最低标定爆破压力加上所选爆 破片制造范围的上限。破片制造范围的上限。盛装液化气体容器盛装液化气

7、体容器根据工作条件下可能达到的根据工作条件下可能达到的 最高金属温度确定。最高金属温度确定。 综合考虑综合考虑介质压力介质压力饱和蒸气压饱和蒸气压装量系装量系 数数温度变化温度变化环境温度环境温度保冷设施。保冷设施。计算压力计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截 面厚度的压力，其中包括液柱静压力。面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力通常情况下，计算压力=设计压力设计压力+液柱静压力液柱静压力当元件所承受的液柱静压力当元件所承受的液柱静压力420，铬钼合金钢，铬钼合金钢450， 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢550时，时， 钢制压

8、力容器用材料许钢制压力容器用材料许用应力取值方法用应力取值方法材 料 许用应力取下列各值中的最小值/MPa 碳素钢、低合金钢、铁素体高合金钢 奥氏体高合金钢 0 . 3b 6 . 1s 6 . 1ts 5 . 1tD 0 . 1tn 0 . 3b 5 . 1)(2 . 0s)1t2 . 0ts5 . 1)( 5 . 1tD 0 . 1tn 材料设计系数材料设计系数保证受压元件强度有足够的安全保证受压元件强度有足够的安全储备量。储备量。取值：取值：应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切荷的确切 程度、制造工艺，使用管理的先进性以及检程度、制造工艺，使

9、用管理的先进性以及检验水平等验水平等 因素有着密切关系。因素有着密切关系。 -理论，实践经验积累。理论，实践经验积累。对于直管对于直管当其计算壁厚当其计算壁厚S S小于管子外径小于管子外径D D0 0的的1/61/6时时计算壁厚 设计壁厚 其中其中 名义壁厚Sn P设计压力设计压力 ，MPa； D0管子外径，管子外径，mm； t设设计温度下管子材料的许用应力计温度下管子材料的许用应力 ，MPa； 焊接接头系数；焊接接头系数；)(20PYPDStCSSd21CCC有效壁厚 Se = 名义壁厚名义壁厚Sn - C系数Y 系数。对于铸铁材料系数。对于铸铁材料Y=0，其它见表。，其它见表。系数Y值材料

10、材料温温 度度 （）482510538566593621铁素体钢铁素体钢0.40.50.70.70.70.7奥氏体钢奥氏体钢0.40.40.40.40.50.7其它韧性金属其它韧性金属0.40.40.40.40.40.4当计算壁厚管子外径D0的1/6时，CDDCDYii220普通钢管厚度负偏差普通钢管厚度负偏差钢管种钢管种类类壁厚壁厚/mm负偏差（负偏差（%）钢管钢管种类种类壁厚壁厚/mm负偏差（负偏差（%）普通普通高级高级普通普通高级高级碳素钢碳素钢及低合及低合金钢金钢20201512.512.510不锈不锈钢钢101020152012.515采用钢板或钢带卷制的焊接钢管，其负偏差就是钢板、

11、钢带的负偏差 。腐蚀速度小于0.05mm/a时， 单面腐蚀取 C2=11.5mm， 双面腐蚀 C2=22.5mm。当管子外面涂防腐漆涂防腐漆时，可认为是单面蚀；当管子内外壁均有较严重腐蚀时，则为双面腐蚀；当介质对管子材料的腐蚀速率大于0.05mm/a时，则应根据腐蚀速度和使用年限决定C2值。管子腐蚀和磨蚀减薄量管子腐蚀和磨蚀减薄量C2 cticp 2Dp1、厚度计算式：、厚度计算式：由中径公式由中径公式0.4 t计算厚度，计算厚度，mm；Pc计算压力，计算压力，MPa；焊接接头系数。焊接接头系数。条件：条件：Pcteeict2)D(p2、强度判别、强度判别 式中式中 e有效厚度，有效厚度， e

12、=n C，mm； n名义厚度，名义厚度，mm； C厚度附加量，厚度附加量，mm t设计温度下圆筒的计算应力，设计温度下圆筒的计算应力，MPa。 容器，容器，GB150 eitewDp23、筒体最大允许工作压力、筒体最大允许工作压力Pw：MPa 形状改变比能屈服失效判据计算出的内压厚壁筒体初始形状改变比能屈服失效判据计算出的内压厚壁筒体初始屈服压力与实测值较为吻合，应力强度屈服压力与实测值较为吻合，应力强度4eq能较好地能较好地反映厚壁筒体的实际应力水平，反映厚壁筒体的实际应力水平，4eq应力强度应力强度（认为是真实的）（认为是真实的） eqm应力强度应力强度（与中径公式相对应）（与中径公式相对

13、应）4eq=cpKK1322ceqmpKK) 1(21eqmeq/4随径比随径比K的增大而增大。的增大而增大。eqmeq/41.25当当K=1.5时，比值：时，比值：4、说明：、说明： Pc0.4t内壁实际应力强度是按中径公式计算的应力强度的内壁实际应力强度是按中径公式计算的应力强度的1.25倍。倍。由由GB150 GB150 ，取，取ns=1.6 ns=1.6 ，若筒体径比不超过，若筒体径比不超过1.51.5，仍，仍可按式中径公式计算筒体厚度。可按式中径公式计算筒体厚度。cticipDpD 225. 0pc =0.4t 当当K=1.5时，时，=Di（K-1）/2=0.25Di，代入式中径公式

14、得，代入式中径公式得弯管在弯管在介质内压作用下v 如果如果管壁厚沿圆周相同管壁厚沿圆周相同，且无椭圆度且无椭圆度情况下，弯管内侧应情况下，弯管内侧应力较高，外侧较低，弯管破坏应发生在管子的内侧。力较高，外侧较低，弯管破坏应发生在管子的内侧。v 采用直管采用直管煨制成弯管煨制成弯管后，一般管子外侧壁厚减薄，而内侧后，一般管子外侧壁厚减薄，而内侧增厚，横截面产生一定椭圆度，致使应力分布发生变化。增厚，横截面产生一定椭圆度，致使应力分布发生变化。 外侧往往应力较高，内侧应力较低。与直管相外侧往往应力较高，内侧应力较低。与直管相比较，弯管外侧壁内实际环向应力仍然比直管大，内侧壁比较，弯管外侧壁内实际环

15、向应力仍然比直管大，内侧壁内环向应力比直管小。内环向应力比直管小。且应力值的大小与弯管的曲率半径且应力值的大小与弯管的曲率半径有关有关。而。而弯管的径向应力与直管相比较，没有变化弯管的径向应力与直管相比较，没有变化。 煨制弯管壁厚计算公式为：煨制弯管壁厚计算公式为：CRDSSdWd410带入直管设计壁厚计算公式：带入直管设计壁厚计算公式：CRDYppDStdw41)(200煨制弯管时，管横截面外侧受拉，内侧受压。煨制弯管时，管横截面外侧受拉，内侧受压。产生的椭圆度产生的椭圆度e ：%100/ )(0minmaxDDDe补强措施补强措施对开孔进行对开孔进行补强圈补强补强圈补强、整体补强整体补强或

16、或采用三通连接采用三通连接。 GB150-1998规定了适用的开孔范围：规定了适用的开孔范围：v当主管内径当主管内径时，开孔最大直径不大于时，开孔最大直径不大于主管内径的主管内径的1/21/2，且不大于，且不大于520mm520mm；v当主管内径当主管内径时，开孔最大直径不大于时，开孔最大直径不大于主管内径的主管内径的1/31/3，不大于，不大于1000mm1000mm。（a a）设计压力小于或等于）设计压力小于或等于2.5MPa2.5MPa；（b b）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；应不小于两孔直径之和的两倍；（

17、c c）支管外径小于或等于）支管外径小于或等于89mm89mm；（d d）支管最小壁厚满足下表要求。）支管最小壁厚满足下表要求。有效补强范围和补强面积的确定与计算采用等面积补强法，即：使补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。 + 补强金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，必须等于或大于主管由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影面积。 +支管轴线与主管轴线的夹角的范围为4590。（a）确定主管有效补强区范围 B 补强区的有效宽度取下两式中的较大值。 B=2d1 B=d1+2(Se1+Se2)+ (b) 确定支管有效补强区范围 hh取下两式的较小值。 h=2.5Se1 h=2.5Se2+

18、Sr+(c) 计算有效补强面积 A2，A3，A4主管的补强面积 A2=(2b-d1)(Se1-So1) ,mm2支管的补强面积A4 为管子纵截面上熔积金属的面积以及补强增加的金属面积。2223,sin)(2mmSShAoe主管开孔的补强计算方法如下：主管开孔的补强计算方法如下：（d）计算需要补强的面积A1在内压作用下在外压作用下 +（e）补强核算若A2+A3+A4A1 则开孔不需要补强；否则需要另行补强。Se1主管有效壁厚，mm；Se2支管有效壁厚，mm；So1根据壁厚计算公式得到的主管计算壁厚，mmS02根据壁厚计算公式得到的支管计算壁厚，mmSr补强板有效壁厚，mm；B主管有效补强区，mm

19、；h支管有效补强区，mm；d1支管外径减去2倍支管有效壁厚，mm。2111),sin2(mmdSAO2111),sin2(21mmdSAO开孔和开孔补强设开孔和开孔补强设计计压力容器设计压力容器设计Design of Pressure Vessels主要内容主要内容补强结构补强结构开孔补强设计准则开孔补强设计准则允许不另行补强的最大开孔直径允许不另行补强的最大开孔直径等面积补强计算等面积补强计算接管方位接管方位开孔带来的问题开孔带来的问题削弱器壁的强度削弱器壁的强度产生高的局部应力产生高的局部应力平板在两向拉力作用下，开大孔时孔边受力情况平板在两向拉力作用下，开大孔时孔边受力情况平板在两向拉力

20、作用下，开小孔时孔边受力情况平板在两向拉力作用下，开小孔时孔边受力情况一、补强结构一、补强结构 补强结构补强结构局部补强局部补强整体补强整体补强补强圈补强补强圈补强厚壁接管补强厚壁接管补强整锻件补强整锻件补强（1）补强圈补强）补强圈补强结构结构补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图）图优点优点结构简单，制造方便，使用经验丰富结构简单，制造方便，使用经验丰富 （a）补强圈补强）补强圈补强缺点缺点1）与壳体金属之间不能完全）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部

21、区域产生较大的热在补强局部区域产生较大的热应力；应力；2）与壳体采用搭接连接，难）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。能差。补强圈补强补强圈补强中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在静载静载、常温常温、中低压中低压、材料的标准抗拉强度低于材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于补强圈厚度小于或等于1.5n、壳体名义厚度壳体名义厚度n不大于不大于38mm的场合。的场合。应用应用标准标准结构结构在开孔处焊上一段厚壁接管，见（在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。）图。特点特点补强处于最大应力区域，

22、能更有效地降低补强处于最大应力区域，能更有效地降低。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。检验，补强效果较好。 （b）厚壁接管补强）厚壁接管补强制压力制压力容器由于材料缺口敏感容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该性较高，一般都采用该结构，但必须保证结构，但必须保证。应用应用厚壁接管补强厚壁接管补强（c）整锻件补强）整锻件补强 （3）整锻件补强）整锻件补强 整体锻件整体锻件整锻件补强整锻件补强补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影应力

23、集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低低1015%。重要压力容器，如核容器、材料屈服点在重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。径开孔容器等。结构结构将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，见（壳体和接管焊接，见（c）图。）图。优点优点缺点缺点锻件供应困难，制造成本较高。锻件供应困难，制造成本较高。应用应用二、开孔

24、补强设计准则二、开孔补强设计准则 指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计：开孔补强设计准则开孔补强设计准则弹性失效设计准则弹性失效设计准则等面积补强法等面积补强法塑性失效准则塑性失效准则极限分析法极限分析法（1）等面积补强）等面积补强 壳体因开孔被壳体因开孔被削弱的承载面积，须削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边有补强材料在离孔边一定距离范围内予以一定距离范围内予以等面积补偿。等面积补偿。以双向受拉伸的无限以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的大平板上开有小孔时孔边的

25、应力集中作为理论基础的，应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则。一次应力强度作为设计准则。故对小直径的开孔安全可靠。故对小直径的开孔安全可靠。没有考虑开孔处没有考虑开孔处应力集中应力集中的的影响，没有计入影响，没有计入容器直径变化容器直径变化的影的影响，补强后对不同接管会得到不同响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即安全裕量不同，的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显得富裕，有时显得不足因此有时显得富裕，有时显得不足。长期实践经验，简单易长期实践经验，简单易行，当开孔较大时，

26、只要对其行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如采用该方法，如ASME -1和和GB150等。等。该法要求带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效该法要求带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。（2）极限分析补强）极限分析补强 定义：定义：三、允许不另行补强的最大开孔直径三、允许不另行补强的最大开孔

27、直径 焊接接头系数小于焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等但开孔位置不在焊缝上等等强度裕量强度裕量接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管根部有填角焊缝接管根部有填角焊缝上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。开孔接管，可以不予补强。GB150规定：规定：在设计压力在设计压力2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间

28、距以弧长计算）大于两孔直径之和的（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的2倍，倍，接管接管公称外径公称外径89mm时，时，只要只要接管最小厚度满足表接管最小厚度满足表4-14要求，就要求，就可不另行补强。可不另行补强。不另行补强的接管最小厚度不另行补强的接管最小厚度 mm6.05.04.03.5897665574845383225接管公接管公称外径称外径最小最小厚度厚度GB150对开孔最大直径的限制：对开孔最大直径的限制：四、等面积补强计算四、等面积补强计算 主要用于补强圈结构的补强计算。主要用于补强圈结构的补强计算。基本原则：基本原则：使有效补强的金属面积，等于或大于开孔使有效补强的金属面

29、积，等于或大于开孔所削弱的金属面积。所削弱的金属面积。（1）允许开孔的范围）允许开孔的范围a. 圆筒上开孔的限制：圆筒上开孔的限制：内径内径Di1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d iD21，且，且d520mm；内径内径Di1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d iD31，且，且d1000mm。 b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径凸形封头或球壳上开孔最大直径d iD21。 c. 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d iD31，Di为开孔为开孔中心处的锥壳内直径。中心处的锥壳内直径。d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直在椭圆形

30、或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直 于封头表面。于封头表面。a、内压圆筒或球壳：、内压圆筒或球壳： )f1 (2dAret（4-76）式中式中 A开孔削弱所需要的补强面积，开孔削弱所需要的补强面积，mm2； d开孔直径开孔直径， 圆形孔：圆形孔：d=dit+2C dit接管内直径；接管内直径；椭圆形或长圆形孔：取所考虑平面上的尺寸椭圆形或长圆形孔：取所考虑平面上的尺寸 （弦长，包括厚度附加量），（弦长，包括厚度附加量），mm；（2）所需最小补强面积）所需最小补强面积A 壳体开孔处的计算厚度，壳体开孔处的计算厚度，mm； et接管有效厚度，接管有效厚度，et =nt-C，mm； fr强

31、度削弱系数，等于强度削弱系数，等于设计温度设计温度下接管材料与下接管材料与壳体壳体 材料许用应力之比，当该值大于材料许用应力之比，当该值大于1.0时，取时，取fr=1.0。外压圆筒或球壳：外压圆筒或球壳：)f1 (2d5 .0Aret（4-77）平盖开孔直径平盖开孔直径d0.5Di：pdA5 . 0（4-78）式中式中 p平盖计算厚度，平盖计算厚度，mm。开孔造成的削弱是开孔造成的削弱是而不是指而不是指。按照等面积补强的基本出发点，由于开孔引起的抗弯截面按照等面积补强的基本出发点，由于开孔引起的抗弯截面模量的削弱必须在有效补强范围内得到补强，模量的削弱必须在有效补强范围内得到补强，。b、外压容

32、器或平盖：、外压容器或平盖：有效补强范围示意图（有效补强范围示意图（a）在一定范围内在一定范围内能起补强作用，能起补强作用，除了此范围，除了此范围，则起不到补强则起不到补强作用。作用。有效补强区：有效补强区：矩形矩形WXYZ，（3）有效补强范围）有效补强范围有效宽度有效宽度B：按下式计算，取二者中较大值按下式计算，取二者中较大值B=2dB=d+2n+2nt式中式中 B补强有效宽度，补强有效宽度，mm； n壳体开孔处的名义厚度，壳体开孔处的名义厚度，mm； nt接管名义厚度，接管名义厚度，mm。内外侧有效高度：内外侧有效高度：按下式计算，按下式计算，分别取式中较小值分别取式中较小值外侧高度外侧高

33、度 nt1dhh1=接管实际外伸高度接管实际外伸高度nt2dh h2=接管实际内伸高度接管实际内伸高度 内侧高度内侧高度（4-82） （4-83） 有效补强区有效补强区WXYZ范围内，可作为有效补强的金属面范围内，可作为有效补强的金属面积有以下几部分：积有以下几部分：(4)补强范围内补强金属面积补强范围内补强金属面积AeA1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。)f1)(2)(dB(Areete1 r2et2rtet12f )C(h2f )(h2A A2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。A4有效补强区内另外

34、再增加的补强元件的金属截面积。有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积。A3有效补强区内焊缝金属的截面积。有效补强区内焊缝金属的截面积。4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计图图4-38 有效补强范围示意图（有效补强范围示意图（b）式中式中 Ae有效补强范围内另加的补强面积，有效补强范围内另加的补强面积，mm2； （也可以说是强度裕量）（也可以说是强度裕量） e壳体开孔处的有效厚度，壳体开孔处的有效厚度，mm； t接管计算厚度，接管计算厚度，mm。Ae=A1+A2+A3A则开孔后不需要另行补强。则开孔后不需要另行补强。Ae = A1+ A2+ A3 A则开孔需要另外补强，所增加的

35、补强金属截面积则开孔需要另外补强，所增加的补强金属截面积A4 应满足应满足 A4 A-Ae补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。要求：要求：孔周边会出现较大的局部应力，采用分析孔周边会出现较大的局部应力，采用分析设计标准中规定的方法和压力面积法等方设计标准中规定的方法和

36、压力面积法等方法进行分析计算。法进行分析计算。大开孔补强：大开孔补强：GB150-1998钢制压力容器第钢制压力容器第78页至第页至第81页页多个开孔补强：多个开孔补强：开孔所需最小补强面积主要由开孔所需最小补强面积主要由d确定，当在内压椭圆形封头确定，当在内压椭圆形封头或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取不同或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取不同的计算厚度。的计算厚度。五、接管方位五、接管方位cticp5 . 0 2DKp在在80%以外开孔：以外开孔：按椭圆形封头的厚度按椭圆形封头的厚度计算式（计算式（4-45）计算：）计算：开孔在椭圆形封头上开孔在椭圆形封头上ct

37、i1cp5 . 0 2DKp（4-85）式中，式中，K1为椭圆形长短轴比为椭圆形长短轴比值决定的系数，由表值决定的系数，由表4-5查得查得标准椭圆封头：标准椭圆封头：K10.9cticp5 . 0 2Dp（4-45 ）开孔位于以椭圆形封头中心开孔位于以椭圆形封头中心为中心，为中心，80%封头内直径的封头内直径的范围内：范围内：中心部位可视为当量半径中心部位可视为当量半径Ri=K1Di的球壳，的球壳，若为标准椭圆封头，若为标准椭圆封头，K=1（4-46 ）开孔位于封头球面部分内：开孔位于封头球面部分内：取式（取式（4-49）中的碟形封）中的碟形封头形状系数头形状系数M=1， 开孔在开孔在碟形封头

38、上碟形封头上cticp5 . 0 2Rp此范围之外：此范围之外：按碟形封头按碟形封头的厚度计算下式计算，的厚度计算下式计算，cticp5 . 0 2RMp若椭圆孔的长轴和短轴之比不超过若椭圆孔的长轴和短轴之比不超过2.5，一般仍采用，一般仍采用等面积补强法。等面积补强法。非径向接管：非径向接管：尽可能采用径向接管。尽可能采用径向接管。原因：原因： 圆筒或封头上须开椭圆形孔，应力集中系数增大，圆筒或封头上须开椭圆形孔，应力集中系数增大，抗疲劳失效的能力降低。抗疲劳失效的能力降低。非径向接管的开孔补强计算：非径向接管的开孔补强计算：5.3.5 5.3.5 平盖的强度计算平盖的强度计算 在管道端部，

39、常有需要焊接平盖（盲板）的情况。根据平在管道端部，常有需要焊接平盖（盲板）的情况。根据平盖的结构及其与管端焊接的结构不同，平盖的厚度是不同的。盖的结构及其与管端焊接的结构不同，平盖的厚度是不同的。 计算壁厚计算壁厚 tpPCDiKt)2(1设计壁厚设计壁厚Cttppdpdsnttr 2 选择管道时的一般要求选择管道时的一般要求 ：v 管径应根据流体的流量、性质、流速以及管道允许的压力管径应根据流体的流量、性质、流速以及管道允许的压力损失等确定。损失等确定。v 对于大直径、厚壁、合金钢等管道，应进行建设费用和运对于大直径、厚壁、合金钢等管道，应进行建设费用和运行费用方面的经济比较，取最佳值。行费用方面的经济比较，取最佳值。v 操作情况不同的流体，应按其性质、状态、和操作要求的操作情况不同的流体，应按其性质、状态、和操作要求的不同，选用