球罐凸缘结构开孔补强计算比较
葛园
【摘 要】The flange is the common structure of the opening reinforcement of the spherical tank. The calculation result varies with the different wall thickness of the connecting tube when the equal area reinforcement method is applied. Then two computing instances of the flange structures are introduced and compared.%凸缘是球罐开孔补强常见的一种结构. 采用等面积补强法时, 因接管壁厚取值不同, 计算结果也将不同. 就凸缘结构的两个计算实例进行了比较.
【期刊名称】《化工装备技术》
【年(卷),期】2015(036)006
【总页数】3页(P20-22)
【关键词】球罐;凸缘结构;等面积法;开孔补强;接管
【作 者】葛园
【作者单位】中国石油工程建设公司新疆设计分公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ050.3
球罐在石油化工、冶金、城市煤气等工业领域应用非常广泛。球罐和其它常用的圆筒形容器相比具有如下特点：球罐壳体受力均匀，在相同直径和相同工况下球形容器的薄膜应力仅为相同厚度圆筒形容器环向应力的一半，即相应的承压能力强；在相同容积下，球壳的表面积最小、质量轻；球罐基础简单、受风面积小等［1］。这些特点使得球罐的应用得到很大的发展。
为方便工作人员进出球罐进行检验和维修，球罐不可避免要开DN500人孔，这不仅导致了球壳承载截面积的削弱，而且还引起开孔的接管处应力集中，使开孔接管处局部范围内应力升高。同时，由于接管和球壳存在结构上的不连续，因而在二者的连接处会产生较大的不连续应力（边缘剪力和边缘弯矩）［2］。工程中，通常对于球壳上较大直径的开孔接管
采用凸缘结构进行补强。采用该结构的优点是既保证了球壳开孔削弱的强度得到补强，还避免了补强处壁厚的突变，降低了应力集中程度［3］。现工程设计人员所用凸缘结构大多按SH/T 3138—2003《球形储罐整体补强凸缘》选用，根据GB 150所提供的等面积补强法进行计算。但对于同样的凸缘结构，因接管壁厚取值不同，计算结果也不相同。现就凸缘结构两个计算实例作一分析比较。
等面积补强法是压力容器开孔补强计算中常用的一种方法，基于无限大平板开孔孔边应力集中及衰减规律确定有效补强范围。该方法是从承载截面积的角度来判断补强要求的，对于仅受压力载荷作用的壳体，因开孔而消弱的最大承载截面积应在补强的有效范围内用相同数值的截面积予以补偿，补偿的截面积应基本上位于开孔接管高应力区的范围内［2］。
开孔直径d与球壳直径D之比值越大，壳体曲率对应力集中的影响就越大。通常，球壳上最大开孔直径为500 mm，随着球壳直径的增大，d/D的比值减小，球罐上的接管开孔越来越接近于无限大平板开小孔，可见等面积补强法适用于凸缘结构的开孔补强计算。
有一公称容积2000 m3的液化石油气球罐，设计压力1.77 MPa，设计温度-30℃，球罐直径15 700 mm，球壳名义厚度52 mm，球壳材质16MnDR，壳体材料负偏差0.3 mm，接管
凸缘材质16MnDⅣ锻件，在球壳上开DN500人孔。
民不堪命符号说明：
pc——计算压力，MPa
Di——球罐直径，mm
φ——焊接接头系数，取φ=1.0
d——人孔接管内径，mm，取d=498 mm
δ——壳体计算厚度，mm
δn——壳体开孔处的名义厚度，mm
δe——壳体开孔处的有效厚度，mm
δt——接管计算厚度，mm
δnt——接管名义厚度，mm公益歌曲
B——有效补强宽度，mm
C——厚度附加量，mm
h1——接管外侧高度，mm
h2——接管内侧高度，mm，取h2=0
A——球罐开孔所需补强面积，mm2
A1——壳体部分补强面积，mm2
A2——接管部分补强面积，mm2
A3——凸缘结构的有效补强面积，mm2
2.1 DN500人孔等面积补强计算示例一
有关的尺寸参数如图1所示。取较大值，B=1004 mm＞880 mm（实际宽度）。
接管外侧高度h1和接管内侧高度h2：取h1=89.62 mm；内侧高度h2=0 mm。
所以，该人孔接管强度不满足要求。
数学王国历险记2.2 DN500人孔等面积补强计算示例二
有关的尺寸参数如图2所示。五常是什么意思
（1）球罐开孔所需补强面积
幸福花开和
代入上述式中，得
取δn=52 mm。
接管取δnt=32 mm，则
（2）有效补强面积
蝇头小利的意思有效补强宽度B：
取B=1004 mm＞880 mm（实际宽度）。
接管外侧高度h1和接管内侧高度h2：
取h1=126.7 mm；内侧高度h2=0 mm。
女性百科所以，该人孔接管强度满足要求。
对于相同尺寸的凸缘结构，按算例一，接管名义厚度取16 mm，接管有效外伸高度为89.62 mm，计算的补强面积不满足要求；按算例二，接管名义厚度取32 mm，接管有效外伸高度为126.7 mm，补强面积满足要求。在工程设计中，使用GB 150推荐的等面积法计算时，可适当放大接管厚度，以满足实际补强要求。
本文对球罐上人孔整体补强锻件结构进行了分析计算，这对其他小接管整体锻件补强结构也可作为参考。在选择接管有效厚度时，可适当增厚，以便提高有效补强高度，达到满足要求的整体补强面积。由于等面积法的原理未考虑开孔边缘弯曲应力的影响，因此该方法只适用于球壳开孔率d/D≤0.5的情况。
【相关文献】
［1］徐英，杨一凡，朱萍，等.球罐和大型储罐［M］.北京：化学工业出版社，2003.
［2］GB 150.3—2011压力容器及标准释义［S］.
［3］JB 4732—1995钢制压力容器——分析设计标准［S］.
白蔷薇的花语
