毕业设计-锅炉除氧器

1、 四川理工学院毕业设计 锅炉除氧器 姓 名：郑 伟 学 号：07011010319 专 业：过程装备与控制工程 班 级：2007.3 指导教师：付 伶四川理工学院机械工程学院二O一一年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：锅炉除氧器学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级：073 学号：07011010334学生：郑伟 指导教师：付伶 接受任务时间 2011年3月1日教研室主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求设计（论文）的原始数据：进水压力：0.2MPa 工作压力：0.5MPa 圆筒直径：2000mm进水温度：25°

2、C 工作温度：157.3°C 长度:4000mm工作介质：水蒸气混合物、水2指定查阅的主要参考文献及说明化工原理，天津大学出版社过程设备设计，化学工业出版社化工设计手册，上海人民出版社化工压力容器设计，化学工业出版社 3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告3月1日至3月25日2完成所有结构设计和设计计算工作3月26日至4月26日3完成所有图纸绘制4月27日至5月27日4完成设计说明书5月28日至6月1日5完成图纸和说明书修改 6月2日至6月5日6答辩的准备和毕业答辩 6月6日至6月18日目录摘要IABSTRACTII第1章 锅炉除氧器设计方案

3、的选择11.1锅炉除氧器的分类11.2热力喷雾填料除氧器11.2.1热力喷雾填料除氧器的工作原理1第2章 除氧器的主体设计32.1压力容器的分类32.2 设计计算参数42.3箱体厚度的计算52.4封头62.4.1封头的分类及应用范围62.4.2封头的计算62.5除氧筒节72.5.1除氧筒节的结构72.5.2除氧筒节封头计算9第3章 支座的选择与计算103.1支座的分类103.2鞍座的选型123.3 地角螺栓的选择123.4鞍座的计算12第4章 开孔与补强的计算154.1为什么要开孔补强154.2几种补强方法154.2.1补强圈(板)补强154.2.2厚壁管补强154.2.3翻边补强164.2.

4、4整锻件补强及密集补强164.3补强计算方法与补强结构的匹配174.3.1等面积法与补强圈补强174.3.2极限分析法184.3.3压力面积法184.3.4允许不另行补强的最大开孔直径184.4开孔补强的具体计算194.4.1接管a处的开孔及开孔补强计算194.4.2接管b的开孔及开孔补强计算214.4.3接管c的开孔及开孔补强计算234.4.4接管d的开孔及开孔补强计算254.4.5接管e、f、g、h处的开孔及开孔补强274.4.6接管i处的开孔及开孔补强计算294.4.7人孔j的设计及开孔和开孔补强计算314.4.8除氧头与水箱圆筒之间相连接的大圆孔的大开孔及开孔补强计算344.4.9接管

5、o和筒体连接处开孔及开孔补强计算354.4.11接管n和筒体连接处开孔及开孔补强计算374.4.12接管q和筒体连接处开孔及开孔补强计算394.4.13除氧头封头上接管l的开孔及开孔补强414.4.14封头上接管m的开孔及开孔补强43第5章 附件的选择465.1管法兰的选择465.1.1 法兰的通径465.1.2法兰的类型465.1.3法兰材料的选择465.1.4 法兰垫片的选择475.1.5法兰螺栓尺寸的选择495.2过滤网495.3汽水分离器505.4鲍尔环填料的选择515.5填料的支承装置的设计525.6 填料的压紧装置52第6章 密封装置设计546.1概述546.2密封类型与选择546

6、.2.1密封类型546.2.2密封材料：54第7章 焊接的具体要求577.1焊接接头的种类及接头型式577.2焊缝坡口的基本形式与尺寸597.3 压力容器焊接接头分类617.4压力容器焊接结构设计的基本原则617.5本压力容器常用焊接结构设计61总结63参考文献65致谢66I摘要除氧器是锅炉及供热系统关键设备之一，每年因氧腐蚀而对锅炉给水管道、省煤器和其它附属设备的腐蚀造成的严重损失，已引起国家电力部越来越多的注意本设计主要是通过几个除氧器的比较选择符合听除氧器。由给定的条件,通过常规设计方法对除氧器的水箱壁厚，水箱封头厚度、除氧筒节厚度、除氧筒节封头厚度、接管的开孔补强、支座，进行强度计算并

7、选择出了除氧器的附属设备。关键词：除氧器；常规设计；强度计算ABSTRACT四川理工学院毕业设计第1章 锅炉除氧器设计方案的选择1.1锅炉除氧器的分类A、按除氧器压力的不同，可分为真空式，大气式和高压式三种除氧器B、按除氧器内部结构的不同，可分为水膜式、淋水盘式、喷雾式、喷雾淋水盘式、喷雾填料式五种除氧器，其中喷雾填料式除氧器效果最佳，得到广泛应用。1.2热力喷雾填料除氧器1.2.1热力喷雾填料除氧器的工作原理给水的除氧是防止锅炉腐蚀的主要方法，在容器中，溶解于水中的气体量主要由两个方面决定：一方面与水面上该气体的分压力成正比例（即压力越高，该气体在水中的溶解度就越大，反之则越小），另外一方面

8、与水的温度有关（即水的温度越高，那么该气体在水中的溶解度就越小，当温度为相应工作压力下的饱和温度时，气体在水中的溶解度为零）采用热力除氧的方法，即用蒸汽来加热给水，提高水的温度，且使水面上蒸汽的分压力逐步增大，而溶解气体的分压力则渐渐降低，溶解于水中的气体就不断逸出，当水被加热至相应压力下的饱和温度时，水面上全部是水蒸汽，溶解气体的分压力为零，水不再具有溶解气体的能力，亦即溶解于水中的气体，包括氧气均可被除去。除氧的效果一方面决定于是否把给水加热至相应压力下的饱和温度，另一方面决定于溶解气体的排除速度，谁是否能加热到相应压力下的饱和温度与水和蒸汽的接触表面积的大小有很大的关系，采用旋膜管、水篦

9、子加填料的方式，水通过旋膜管，形成的水膜群下落，与上升的蒸汽流相遇。形成水的膜群大大地增加了水和蒸汽的热交换面积，强化了汽水热交换的效果，形成水膜群的水经过水篦子换热后继续流经无规则堆放的填料层时，受到蒸汽的进一步加热。水迅速被加热，溶解于其中的气体的排除速度也更快。最后除氧水流经除氧水箱，经蒸汽再沸腾管加热，充分的保证了除氧水在工作压力下为饱和温度，因此，虽然水在除氧器中停留时间很短，而除氧效果较彻底。出水含氧量0.1mg/l1.2.2热力喷雾填料除氧器的优点 旋膜式除氧器经数百家电厂在运行使用中证明具有以下优点：1：除氧效率高，给水合格率100%。（高压5/L,低压10/L）2：。当负荷突

10、变25%，补水突变10%，水温下降时，除氧器仍不震动，也无汽化情况。 3：适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点外，而且可超出力50左右运行，尤其供热机组和滑压运行的除氧器更显示出其优越性能。 4：排汽量小于入口水量的0.1%，不需另加排气冷却器，比同出力其它类型热力除氧器少耗能1/3,优化了设备，降低了热耗。67第2章 除氧器的主体设计2.1压力容器的分类压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。 压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他形状。圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、法兰等零件和部件组成，压力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。 压力容器分类 按压

11、力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。 内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下 ： 低压(代号L)容器 0.1 MPap1.6 MPa; 中压(代号M)容器 1.6 MPap10.0 MPa; 高压(代号H)容器 10 MPap100 MPa; 超高压(代号U)容器 p100MPa。 按容器在生产中的作用分类: 反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应。 换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换。 分 离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。 储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体

12、等介质。 在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。 按安装方式分类 ： 固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。 移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。 上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器的危险程度。 压力容器的危险程度还与介质危险性及其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，

13、对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。 按安全技术管理分类: 压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法，以有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类： 1.第三类压力容器，具有下列情况之一的，为第三类压力容器： 高压容器； 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3 ）； 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5Pa·m3）； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害

14、介质，且乘积大于等于0.2MPa·m3 ）； 高压、中压管壳式余热锅炉； 中压搪玻璃压力容器； 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器； 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等； 球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容器（容积大于5m3）。 低温液体储存容器（容积大于5m3） 2.第二类压力容器，具有下列情况之一的，为第二类压力容器： 中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害

15、介质）； 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）； 低压管壳式余热锅炉； 低压搪玻璃压力容器。 3.第一类压力容器 ,除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。由上知设计的容器为低压容器。2.2 设计计算参数表2.1工作压力P(MPa)工作温度t(°c)进水压力P(MPa)进水温度t(°c)圆筒长度L()圆筒直径DN()压力容器等级0.5157.30.22540002000低压2.3箱体厚度的计算 由给定的已知条件，查过程设备设计得到厚度计算公式 (2-1) 根据设计设条件为低压容器选择箱体材料为16MnDR,查,塔设备设计手册其许用 应力为：1

16、70MPa 通过生产条件确定焊接系数=0.85 =3.47 设计厚度 查过程设备设计取C1=0.3,C2=2 由钢材的标准规格取8 .水压校核 查塔设备设计手册所用材料的REL=315MPa = (2-2) 符合要求2.4封头2.4.1封头的分类及应用范围 封头包括凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口的设计。凸形封头包括：半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。 半球形封头：在均内压作用下，薄壁球形容器的薄膜应力为相同址径圆筒 的一半，帮从受力分析 来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，址径小时，整体冲压困难，大址径采用分瓣冲压期拼焊工作量也较大。半球形封头常护士高压容器上。

17、 椭圆形封头:椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。 碟形封头:碟形封头是带折边的球面封头，由半径R的球面体、半径为r的过渡环壳和短圆筒等三部分组成，从几何形状看，碟形封头是一不连续面，在经线曲率半径突变的两个曲面连接处，由于曲率的较大变化而存在着较大边缘弯曲应力。该边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其化部位，帮受力状况不佳。但过渡环壳的存在降低了封头的尝试，方便了成型加工，且压制碟形封头的钢模加工简单，

18、使碟形封头的应用范围较为广泛。 球冠形封头:碟形封头当r=0时，即成为球冠形封头，它是部分球面与圆筒 直接边接，因而结构简单、制造方便，常用途睦容 器中两独立爱压室的中间封头，也可用作端盖。由于球面与圆筒连接处没有转角过渡，所以在边接处附近的封头和圆筒上都存在相当大的不边续应力，其应力分布不甚合理。2.4.2封头的计算根据设计要求为低压容器所以在选择封头时用椭圆形封头查过程设备设计取时的公式为 (2-3)通过钢板规格标准和为了便与焊接取与箱体相同厚度的钢材厚度为8水压试验 = (2-2)符合要求2.5除氧筒节2.5.1除氧筒节的结构 图2.11、外壳：是由筒身和冲压椭圆形封头焊制成。 2、膜器

19、组：由水室、起膜管、凝结水接管、补充水接管组成。起膜管、下水管材料均由不锈钢制造,常年运行无需检修，也是旋膜式除氧器主要部分，98%的氧由此除去。3 、淋水篦子：经起膜段除氧的给水及由疏水管引进的疏水在这里进行减流二次分配，使水呈均匀淋雨状下落，从而保护其下部液汽网。水篦子空间面积不小于总截面的50%，不锈钢结构，常年运行无需检修。 4、填料液汽网：是由相互间隔的扁钢带及一个圆筒体，内装两层高度特制的O型0.3mm不锈钢扁丝网，给 水在这里与二次蒸汽充分接触，加热到饱和温度并进行深度除氧，以保证除氧水中含量。 5、蒸汽分配盘：主加热蒸汽由此接进，规则均分型结构能很好保证加热质量，使加热蒸汽呈现

20、均分状态其在无节流工况下上升加热软化水，达到饱和温度下工作除氧。 6.汽水分离器：由不锈钢填料组成内网，外壳设计为通气型结构，能有效的将排氧时的汽带水分离回流，是排汽不带水的必不可少部件。 由于除氧筒节与除氧箱相联，所以其它设计条件与除氧箱相同如表： 表2.2工作压力P(MPa)工作温度t(°c)进水压力P(MPa)进水温度t(°c)第一节高度第二节高度筒节直径(mm）0.5157.30.225900800800由给定的已知条件，查过程设备设计得到厚度计算公式2-1: (2-1)根据设计设条件为低压容器选择箱体材料为16MnDR,查,塔设备设计手册其许用 应力为：170MP

21、a 通过生产条件确定焊接系数=0.85 =1.735 设计厚度 查过程设备设计取C1=0.3,C2=2 由箱体的标准规格取8 .水压校核 查塔设备设计手册所用材料的REL=315MPa = (2-2) 符合要求2.5.2除氧筒节封头计算根据设计要求为低压容器所以在选择封头时用椭圆形封头 查过程设备设计取时的公式为2-3: (2-3)mm通过钢板规格标准和为了便与焊接取与箱体相同厚度的钢材厚度为8水压试验 = (2-2) 符合要求第3章 支座的选择与计算3.1支座的分类 容器的支座，是用来支承容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。支座的结构型式很多，主要由容器的自身的型式

22、决定，分卧式容器支座、立式容器支座和球形容器支座。 一、卧式容器的支座 卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座和支腿。 1 鞍式支座 图3-1用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。鞍式支座如上图所示，为了简化设计计算，鞍式支座已有标准JB/T4712-92 鞍式支座，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。 鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。 鞍式支座的鞍座包角q为120°或150°，以保证容器在支座上安放稳定。鞍座的高度有200、300、400和500m

23、m四种规格，但可以根据需要改变，改变后应作强度校核。鞍式支座的宽度b可根据容器的公称直径查出。 鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BB五种型号。其中B型结构如B型鞍座结构图所示。A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。 鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F)和滑动式支座（代号S)两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，滑动式支座开长圆形螺栓孔。在一台容器上，两个总是配对使用。在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，这样可以保证设备在温

24、度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。长圆孔的长度须根据设备的温差伸缩量进行校核。 一台卧式容器的鞍式支座，一般情况下不宜多于两个。因为鞍座水平高度的微小差异都会造成各支座间的受力不均，从而引起筒壁内的附加应力。采用双鞍座时，鞍座与筒体端部的距离A可按下述原则确定：当筒体的L/D较大，且鞍座所在平面内又无加强圈时，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时， 取A0.2L 。 2 圈座 图3-2在下列情况下可采用圈座：对于大直径薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。圈座的结构如上图所示。

25、除常温常压下操作的容器外，若采用圈座时则至少应有一个圈座是滑动支承的。 3 腿式支座 图3-3腿式支座简称支腿，结构如上图所示。因为这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600、L5m）。腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T 4714-92 腿式支座。 3.2鞍座的选型 鞍座支座分为轻型（代号A）、重型（代号B）两种。鞍座分固定式（代号F）和滑动式（代号S）两种安装形式。根据本设计的条件选用滑动和固定式鞍座各一件。重型鞍座按其包角、制作方式及附带垫板情况分五种型号B-包角120 、焊接制作、带垫板；B-包角150 、焊接制作、带垫板；B-包角12

26、0 、焊接制作、不带垫板；B-包角120 、弯制、带垫板； B-包角120 、弯制、不带垫板。根据本设计的圆筒的公称直径为2000mm，在根据JB容器支座中表一选用重型B，其结构特征为包角120度、焊制、四肋、带垫板。在查表七可以知道支座尺寸，鞍座公称直径为2000mm，允许载荷875KN，鞍座高度h=250mm鞍座底板l=1420mm，b=220mm，d =16mm。鞍座腹板d =14mm。3.3 地角螺栓的选择根据JB/T4712-92鞍式支座中附录A可知，滑动鞍座所需螺栓孔长度根据容器圆筒金属温度和鞍座间距离按表A1查取，鞍座的距离为3000mm，圆筒金属设计温度为200，由表可得到滑动

27、鞍座所需螺栓孔长度为20mm。在由国家标准可得到所选地角螺栓的代号及尺寸为GB799-88、M20×40。所用材料为Q235-A号钢，重量为1.26Kg3.4鞍座的计算因为取封头时所取的为得到查过程设备设计手册得16MnDR密度为物料重 (3-1) =147725.2N容器重 (3-2) N支座反力F=N( (3-3)由于标准封头弯矩的计算 支座中截面上的弯矩查过程设备设计 (3-4) 取A=500则N.M (3-5) (3-6) 则 (3-7) 又因为A=0.5所以V=F=734334.986N圆筒轴向力及其校核a、 两支座跨中截面处圆筒 的轴向力截面最高点：截面最低点:查过程设备

28、设计都小于故满足要求四川理工学院毕业设计第4章 开孔与补强的计算4.1为什么要开孔补强开孔补强设计是压力容器设计的重要组成部分，由于其涉及的影响因素较多，加之这些部位的焊接质量不易保证，以及检验有困难等，因而开孔补强部位往往是容器的薄弱环节。我们曾进行过超水压试验，也证明按常规方法设计的压力容器，其薄弱环节亦大都在开孔接管处，。由此可见，开孔补强设计将直接影响压力容器的安全使用性能设备。4.2几种补强方法4.2.1补强圈(板)补强补强圈(板)补强不能与壳体形成整体，且外周不能与壳体圆滑过渡，因而其补强效率不高，不能充分降低孔边的应力集中，而且抗疲劳性能较低。所以GB150一89对其适用范围作了

29、明确限制。补强板的使用范围将有可能愈来愈小，将更多地被厚壁管或其他补强结构取代。4.2.2厚壁管补强 厚壁管补强见附图a，其加厚段既可以采用无缝管，也可以采用卷管或锻件加工。由于加厚部分正处于最大应力区域，从而较有效地降低了孔边的应力集中，加之与壳体形成了整体，其抗疲劳性能比补强板大大提高。其内伸式结构的效果更为明显。现行的HGJ527一90补强管标准已列入了厚壁管，由于这种结构简单，焊缝少，焊接质量容易保证，因而具有广阔的应用前景。对于某些重要场合，应保证其全焊透，且焊缝圆滑过渡，棱角倒圆。必要时对焊缝进行内部无损探伤。在此情况下其补强效果可达整锻件补强效果。4.2.3翻边补强翻边补强图c所

30、示结构已越来越多地用于一些重要设备上，由于有圆弧过渡，对降低根部的应力集中具有良好效果，尤其当圆翻边改为内接口投影并为2，l的椭圆翻时，其应力集中系数可降到2左右，并且提高设备的疲劳寿命。此外，由于翻边与接管(或壳体)的连接焊缝避开了最大应力部位，且焊缝的质量也容易得到保证，这比补强板及附图a结构要优越得多。有试验表明，让焊缝离开开孔最大应力部位其应力集中系数可降低15%左右。翻边补强结构的不足在于，制造难度及加工成本比厚壁管要高一些。4.2.4整锻件补强及密集补强整锻件补强及密集补强附图b所示的整锻件补强除了具有翻边补强的优点外，由于其补强金属基本上集中于开孔应力集中的最大部位，因而能较大幅

31、度地降低应力集中，同前述结构相比，具有最小的应力集中系数。此外，整锻件补强很容易实现密集补强。密集补强的典型结构见附图d，其密集部分可以由整锻件加工，也可以通过堆焊来实现。众多试验均表明，密集补强结构在强度上最为优越，由于补强金属正好集中在应力集中区域，故其应力集中现象明显减缓。附图b、d的补强结构因其制造成本较高，所以主要用于一些比较重要的设备上，或者比较恶劣的工作环境下，就其补强效果而言，不失为最好的结构。 图4-14.3补强计算方法与补强结构的匹配4.3.1等面积法与补强圈补强 （1将所需的补强面积(金属)平均地施加在开孔周围，而未考虑孔边的应力集中情况，这同等面积法的理论基础相吻合(等

32、面积法本身就是根据补强圈的使用经验建立的)。因此可以认为，补强圈结构主要适用于等面积法计算。但对于斜开孔、大开孔和应力干扰较为严重等部位补强圈结构不宜采用。虽然等面积法来自补强圈结构，但其并非只能用于补强圈形式，只要未超出规范的允许范围，对于其他的补强结构形式也同样适用。因为，补强圈与其他补强结构相比其补强效果最差，而附图所示其他结构的补强金属均接近或处于开孔边缘，能有效地降低开孔区的最大应力，因此用等面积法于这些结构则更为安全。此外，等面积法使用经验成熟，计算简单，因此GB150一89仍以其作为一种主要的补强计算方法。(2)极限分析法与其补强结构极限分析法基于塑性失效准则，因此对连接的整体性

33、及材料的塑性都有较高的要求，即适用该法计算的应当是附图所示的结构，同时尚须保证焊缝全熔透和焊缝棱角的圆滑过渡。因此笔者认为，GB150一89中所述的“补强件”应当是指补强圈以外的其他整体补强件，而用极限分析法计算的开孔，若采用补强圈结构是不合适的，因其结果可能导致开孔构的不安定。(3)压力面积法及其补强结构压力面积法是一种实验性极限压力分析方法，是一种经验方法。由于按其设计的开孔部位有很大的塑性变形，因此该法对材料的塑性、焊缝连接的整体性，以及焊缝棱角的圆滑过渡均有很高的要求。而且HGJ16一89还规定，按压力面积法计算的补强结构不得用于或有脉动载荷，或有蠕变，或有应力腐蚀的环境。压力面积法虽

34、与GB150一89的等面积法有些相似，但本质上却存在着较大差别，主要表现在补强范围的取值不同。按压力面积法计算的补强面积比较接近开孔边缘。因此，尽管AD规范规定可用补强圈结构，对于按压力面积法计算的开孔补强结构，应当以整体补强结构为宜，这不仅仅从上述理论分析可以表明，而设备1-3年起附加弯曲应力而恶化边缘的应力状况，尤其是d/D较大时更为明显。这也就是某些规范等限定d/D的原因。当超过限定的d/D时，则就可能出现补强不足或“不安定”。等面积法主要来自于非整体补强结构的使用经验。4.3.2极限分析法该法根据塑性失效准则提出，按照它计算的开孔及其附近应力集中区的最大应力有较高的许用值。该法仅适用于

35、蠕变以外的且恒压力作用下的容器设计。按其计算进行补强的接管具有相同的应力集中系数，这是该法的最大特点。但是，目前有关规范都明确规定，该法只适用单个孔的计算，而且补强和被补强件的材料，应具有较高的塑性流动性能此外，还要求补强和被补强件之间应采用全焊透焊缝，并使之形成整体。GB150一59标准中的方法源于PVRC中密集补强部分的计算结果，应力指数也仅考虑了内压作用。4.3.3压力面积法由于GB150一89所适用的单个孔径均较小，所以HGJ16一89对于超过其孔径范围的开孔给出了专门的计算方法。该法源于AD规范(幻中的压力面积法，从而使d/D扩大到0.8。压力面积法是一种极限压力分析方法，也是经验方

36、法。利用该法补强后的接管，其水压试验时最大应力部位允许有1%塑性变形产生，因而它对开孔处的材料(补强和被补强件)、焊接、使用压力的稳定状况、温度、介质等都直接或间接进行限制，这一点同极限分析法有些相似。根据其设计思想不难看出该法具有两个明显的较高要求。: 补强面积较等面积法要大一些。要求补强金属应尽可能靠近开孔接管根部，近似于密集补强效果，以充分降低开孔边缘的应力集中和保证补强效果。4.3.4允许不另行补强的最大开孔直径压力容器常常存在各种强度裕量，例如接管和壳体实际厚度往往大于强度需要的厚度；接管根部有填角焊缝；焊接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上。这些因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了

37、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开孔接管可以不补强。 GB 150规定，当设计压力小于或等于2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称直径小于或等于89mm时，只要接管最小厚度满意足下表，就可不另行补强。表4-1不另行补强的接管最小厚度接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.04.4开孔补强的具体计算厚度附加量的确定 厚度附加量按下式确定： 式中：C为厚度附加量，为钢材厚度负偏差为0mm，为腐蚀裕量2mm，故其厚度附加量也为2mm，则圆筒、封头及接管的厚度附加量均为2mm。不需补强的说明液

38、位计接管n1、n2处、现场温度计接管t处、远传温度计接管s处开孔及开孔补强计算接管n1的尺寸为25×3.5mm，接管n2的尺寸为25×3.5mm，接管t的尺寸为25×3.5mm，接管s的尺寸为32×3.5mm。可以知道这些接管的接管公称直径小于89mm，同时这些接管取的腐蚀裕量为1mm。接管的材料我们选择20（GB8163）号钢。在设计温度下的许用应力为123MPa，在常温下的许用应力为130MPa。按GB150规定，本设计中的设计压力为0.6MPa，小于2.5MPa，同时两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于89mm，并且接管的

39、最小厚度满足上表4的要求，故这些接管不需另行补强。4.4.1接管a处的开孔及开孔补强计算 查化工原理上册接管a的外径为32,其实际外伸高度分别为150mm，实际内伸高度为0mm。可以知道它的开孔的公称通径为20mm，其名义厚度为6mm。接管的材料选择20（GB8163）号钢。在设计温度下的许用应力为123MPa，在常温下的许用应力为130MPa。（1）补强判别 本设计中元件的腐蚀裕量为2mm，不满足上表的规定，故需进行另外的计算。（2）补强计算方法判别 本设计圆筒的内径为2000mm大于1500mm，其开孔直径20+2×2=2420003,并241000mm，故此圆筒接管开孔满足等面

40、积法开孔补强计算的适用条件，故可以用等面积法进行开孔补强计算。（3）开孔所需补强面积a.圆筒计算厚度 由于在圆筒上开孔，所以圆筒计算厚度按4-1进行计算 =3.47mm （4-1）b.开孔所需补强面积先计算强度消弱系数，=0.724接管有效厚度为=C=624mm开孔所需补强面积按下式计算 A=dd+2ddet（1） (4-2)= 20×3.47+2×3.47×4×（10.724） =71.31mm (4) 有效补强范围有效宽度B 按下式确定B=2d=2×24=48mm （4-3）B=d+2+2=24+2×8+2×6=52mm

41、 （4-4）取B的最大值，故B=50mm。有效高度 外侧有效高度h按下式确定 h=12mm （4-5） h=150mm取h的最小值，故h=10.95mm。内侧有效高度h按下式确定 h=12mm （4-6） h=0mm取其最小值,故 h=0mm。(5)有效补强面积圆筒多余金属面积圆筒有效厚度=C=82=6mm （4-7）圆筒多余金属面积A按下式计算 A=（Bd）（d）2（d）（1） （4-8） =(4824)(63.47)2×5×(63.47)×(10.724) =53.74 mm接管多余金属面积接管计算厚度 =0.479mm （4-9）接管多余及金属面积A按下式进

42、行计算 A=2 h（）+2 h（C） （4-10） =2×10.95×（40.479）×0.724+0 =55.82mmc.接管区焊缝面积（焊脚取5mm） A=2×0.5×5.0×5.0=25mm （4-11 ）d.有效补强面积为 A= A+ A+ A=53.74+55.82+25=134.56mm （4-12） (6)所需另行补强面积 A=A（A+ A+ A）=71.31134.56<0 （4-13）所以选择的接管名义厚度5mm满足设计要求，同时此接管开孔不需另行补强。4.4.2接管b的开孔及开孔补强计算接管b的尺寸为89&#

43、215;7.5mm，其实际外伸高度为150mm，实际内伸高度为0mm。可以知道接管处开孔的外径大小为89mm。接管的材料我们选择20（GB8163）号钢。在设计温度下的许用应力为123MPa，在常温下的许用应力为130MPa。本设计的设计压力为0.5MPa，小于2.5MPa。两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，其接管公称外径为89mm等于89mm，接管的厚度为7.5mm，不满足上表4的最小厚度的要求，同时腐蚀裕量也不满足其要求，需另行计算其补强面积。（1）补强计算方法判别 本设计圆筒的内径为2000mm大于1500mm，其开孔直径80+2×2=8420003,并841000m

44、m，故此圆筒接管开孔满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可以用等面积法进行开孔补强计算。（3）开孔所需补强面积a.圆筒计算厚度 由于在圆筒上开孔，所以圆筒计算厚度按4-1进行计算 s= =3.47mb.开孔所需补强面积先计算强度消弱系数，=0.724接管有效厚度为=C=7.525.5mm开孔所需补强面积按下式计算 A=dd+2ddet（1） = 84×3.47+2×3.47×5.5×（10.724） =302.01mm(4) 有效补强范围a.有效宽度B 按下式确定B=2d=2×84=168mmB=d+2+2=84+2×8+2

45、5;7.5=115mm取B的最大值，故B=168mm。b.有效高度 外侧有效高度h按下式确定 h=25.1mm h=150mm取h的最小值，故h=25.1mm。内侧有效高度h按下式确定 h=25.1mm h=0mm取其最小值，故 h=0mm。(5)有效补强面积a.圆筒多余金属面积圆筒有效厚度=C=82=6mm圆筒多余金属面积A按下式计算 A=（Bd）（d）2（d）（1） =(16884)(63.47)2×5.5×(63.47)×(10.724) =220.20mmb.接管多余金属面积接管计算厚度 =0.479mm接管多余及金属面积A按下式进行计算 A=2 h（）+

46、2 h（C） =2×25.1×（5.50.479）×0.724+0 =182.48mmc.接管区焊缝面积（焊脚取7.5mm） A=2×0.5×7.5×7.5=56.25mmd.有效补强面积为 A= A+ A+ A=220.2+182.48+56.25=458.93mm(6)所需另行补强面积 A=A（A+ A+ A）=302.01-458.93<0所以选择的接管名义厚度7.5mm满足设计要求，同时此接管开孔不需另行补强。4.4.3接管c的开孔及开孔补强计算接管c的尺寸为219，其实际外伸高度为150mm，实际内伸高度为0mm。可以

47、知道接管处开孔的外径大小为219mm，查化工原理上册取接管C的名义厚度为10mm。接管的材料我们选择20（GB8163）号钢。在设计温度下的许用应力为123MPa，在常温下的许用应力为130MPa。（1）补强判别 本设计的接管公称外径大于89mm，故不能用上表4的规定，需另行计算。（2）补强计算方法判别 本设计圆筒的内径为2000mm大于1500mm，其开孔直径20420003,并2041000mm，故此圆筒接管开孔满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可以用等面积法进行开孔补强计算。（3）开孔所需补强面积a.圆筒计算厚度 由于在圆筒上开孔，所以圆筒计算厚度按4-1进行计算 s=3.47mmb

48、.开孔所需补强面积先计算强度消弱系数，=0.724接管有效厚度为=C=1028mm开孔所需补强面积按下式计算 A=dd+2ddet（1） = 204×3.47+2×3.47×8×（10.724） =723.20mm(4) 有效补强范围a.有效宽度B 按下式确定B=2d=2×204=408mmB=d+2+2=204+2×8+2×10=240mm取B的最大值，故B=408mm。b.有效高度 外侧有效高度h按下式确定 h=45.2mm h=150mm取h的最小值，故h=45.2mm。内侧有效高度h按下式确定 h=45.2mm h=

49、0mm取其最小值，故 h=0mm。(5)有效补强面积a.圆筒多余金属面积圆筒有效厚度=C=82=6mm圆筒多余金属面积A按下式计算 A=（Bd）（d）2（d）（1） =(408204)(63.47)2×8×(63.47)×(10.724) =504.94 mmb.接管多余金属面积接管计算厚度 =0.479mm接管多余及金属面积A按下式进行计算 A=2 h（）+2 h（C） =2×45.2×（80.479）×0.724+0 =491.0 mmc.接管区焊缝面积（焊脚取8mm） A=2×0.5×10×10=1

50、00mmd.有效补强面积为 A= A+ A+ A=504.94+491+100=1095.94 mm(6)所需另行补强面积 A=A（A+ A+ A）=723.2-1095.94<0所以选择的接管厚度10mm满足设计要求，同时此接管开孔不需另行补强。4.4.4接管d的开孔及开孔补强计算查化工原理上册接管d的尺寸为108，其实际外伸高度为150mm，实际内伸高度为0mm。可以知道接管处开孔的外径大小为108mm，接管C的名义厚度为8mm。接管的材料我们选择20（GB8163）号钢。在设计温度下的许用应力为123MPa，在常温下的许用应力为130MPa。（1）补强判别 本设计的接管公称外径大于89mm，故不能用上表4的