洗苯塔设计说明书.doc

引 言 1
第一章 结构设计 3
1.1 填料： 3
1.2填料层的高度 4
填料层分段 4
1.3塔内件及附件： 4
1.3.1填料支承装置： 4
1.3.2液体再分布器 6
1.3.3除沫器 6
1.3.4塔吊柱 6
1.3.5人孔的设计和选择 8
1.3.6接管 9
1.3.7接管法兰的选择 10
1.3.8压力容器法兰 10
1.3.9裙座 11
第二章 填料塔的强度、刚度和稳定性计算 12
2.1 了解设计条件以及选材 12
2.2 计算筒体和封头厚度 12
2.3 载荷分析 13
2.3.1 地震载荷与地震弯矩的计算 13
2.3.3 风载荷与风弯矩 15
2.3.4 偏心质量me 18
2.3.5 最大弯矩的计算 18
2.3.6 计算塔设备质量载荷 18
2.4 强度的校核 20
2.4.1筒体轴向力校核及稳定性校核： 20
2.4.3设备压力试验时应力 24
2.4.4基础环及地脚螺栓的设计与校核： 25
2.4.5盖板设计及校核 29
2.4.6肋板设计及校核 29
2.4.7裙座与塔壳的对接焊缝 30
第三章 开孔和开孔补强设计 31
3.1 开孔补强 31
3.1.1 补强圈 31
3.1.2 整体补强 31
3.2 符号说明 31
3.3 适用的开孔范围 33
3.4 不另行补强的最大开孔直径 33
3.5 壳体开孔补强要求 33
3.5.1 外压容器 34
3.5.2 内压 34
3.6 平盖孔补强要求 34
3.7 有效补强范围及补强面积 35
3.7.1 补强范围 35
3.7.2 补强面积 35
3.8补强方法的判别及补强设计及算 36
3.8.1接管a的计算 36
3.8.2接管f的计算 38
3.8.3 接管c的计算 39
3.8.4接管d的计算 40
3.9 人孔处补强 41
第四章 洗苯塔的制造、检验和安装 42
4.1 制造上的要求 42
4.2设备的安装 45
4.3 设备的检验 45
参考文献 46

引 言
炼焦化工是以炼焦煤为原料，经过高温干馏生产焦炭、焦炉煤气及化工产品的工业。而焦炉煤气回收粗苯通常采用洗油吸收粗苯法。
粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物；粗苯的主要组分是苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等。此外，还含有一些其他组分。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚含有少量的洗油轻质馏分。
洗油吸苯的工艺流程如图1所示。从焦炉煤气终冷塔来的温度为25—27℃的煤气，依次通过串联的洗苯塔，与塔顶喷洒的煤焦油洗油逆流接触，脱出粗苯后，从塔顶排出。塔底排出含粗苯约2.5%的富油，送富油脱苯工序蒸馏脱苯。脱苯后的贫油又送同吸苯工序循环使用。

图1 焦油洗油脱苯工艺流程
洗油吸苯的主要设备是洗苯塔。洗苯塔的形式有填料塔、板式塔和空喷塔等。空喷塔、板式塔结构简单，造价低，但洗苯效果差，目前国内大型焦化企业已很少采用。现在常用的是填料塔。如图2所示，填料塔内设有喷淋装置、填料装置、液体分配锥、气液再分布板和捕雾装置等。填料装置有钢板网、木格栅和花形填料等三种形式。洗苯效果的好坏，关键取决于洗苯塔的结构和塔内填料，因此选用合适的填料可以提高煤气中苯的回收率，降低生产成本，保证装置长周期运行。洗油通过塔顶的喷淋装置均匀分布于填料表面并与从塔底进入的煤气逆流接触，吸收了煤气中粗苯的富油从塔底排出。脱除粗苯后的煤气，经捕雾装置从塔顶排出。在每段填料间，设有液体分配锥以消除塔壁效应。在塔中段设有气液再分布板，以使沿塔断面气液分布均匀。

图2 填料式洗苯塔
本次设计的塔是基于衡阳的室外环境，在操作压力为7000pa，操作温度为30℃的基础上设计的。
第一章 结构设计
1.1 填料：
填料是填料塔核心件，填料的选用主要依据效率、通量、压降等三个重要的性能参数，其次应综合考虑成品的性能、成型工艺和成本等因素。填料的吸油值、颗粒度、触变性及填充量、相对密度、价格等因素都会影响到选择。 
填料分散装和规整两类，综合上述各影响因素及设计条件，选鲍尔环作为洗苯塔的填料。 
表1-1 常用填料

鲍尔环是由值径高度比为1的空心圆柱体在侧壁上冲出两层均布交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在该壁上，其余部分弯入环内，围聚于环心，如图所示。我国现行标准规定开孔率取35%。

图1-1 鲍尔环 （a）钢环 （b）瓷环
填料层效率随塔径填料直径之比值（D/d）增加而下降。此处选用Φ76mm的不锈钢鲍尔环，物性如表1-2。
表1-2 不锈钢环几何特性

1.2填料层的高度
填料层分段
液体经过填料层往下流，很容易沿塔壁形成壁流，易造成填料层中气液分布不均，导致设备传质效率低，严重时甚至使塔中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，每隔一定高度，需设置液体收集再分布器，即将填料层分层。
对于散装填料，推荐高度见表1-3，表中的h/T为层高与塔径比，Hmax为所允许的最大填料层高度。
表1-3散装填料分层高度推荐表
填料
鲍尔环
拉西环
矩鞍环
阶梯环
环矩鞍
h/D
5～10
2.5
5-8
8-15
5～15
Hmax/m
6
4
6
6
6
取每层填料高4.5m，故全塔共分为五段。
液体再分布器的安装位置，一般因高于填料层上表面150mm到300mm，以便能提供足够空间让流体的压力降尽量小而又不至于太影响设备的传质效率。
1.3塔内件及附件：
1.3.1填料支承装置：
据设计条件，此处选用气液分流型支承板。
因塔径过大，选用分块式栅板需4块以上，故选用梁式气液喷射填料支承板作填料支承装置，它比起分块式栅板有较大如下优点：流通截面积较大，通常在90%到 110%之间；对流体的阻力较小；材料利用率高且可支撑较重的的填料。缺点是结构比较复杂。

图1-2 DN2600-4000mm支承板结构示意图
表1-5 支承板结构 （mm）
塔径
支承板直径
支承板数
主支承梁数
支承圈宽
支承圈厚
自由截面ε,%
支承板许用载荷，N
2800
2760
16
1
50
14
105
369175
表1-5 支承板波形尺寸 （mm）

1.3.2液体再分布器
液体经过填料层上下流动时，有沿塔壁形成壁流的趋势。易造成填料层中的流体分布不均，导致传质效率低，严重时甚至使设备中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，故每隔一定的高度，需设计液体收集在分布器，即将填料层分层，层间设置液体再分布器，使尽可能多的填料能得到均匀喷淋从而尽可能减少径向浓度差。分配锥式是最常用的液体再分配器，但在本设计中，由于塔径过大，故采用气液分流型支撑板，它与液体收集器合二为一。故不应另设液体再分布器。
1.3.3除沫器
在塔内操作气速较大时，可能出现塔顶雾沫夹带，不但造成物料损失、降低塔效率且还污染环境。故需在塔顶设置除沫器。常用的除沫装置有丝网除沫器和折流板除沫器。
丝网除沫器有比表面积大，重量轻，空隙率大和使用方便之优点。尤其是它具有除沫效率高，压力降较小等优点，故在本设计中的除沫器选择，应选用丝网丝除沫器，固定在上下两块栅格板间构成。，丝网层的厚度应遵循工艺条件且通过试验确定，对金属丝网，当网丝直径为0.076 -0.400mm、网层密度为480-5300N∕m ³时，在合适的气速下丝网的蓄液厚度约25 -50㎜。此时网层厚度为100 ㎜～150 ㎜除沫效果最好，故选用100 ㎜ 标准丝网除沫器。
网与上下栅板分块制作，每一块应可通过人孔于塔内安装。
1.3.4塔吊柱
所设计的吊柱方位及回转半径S的应能使使吊柱经过人工推转，使吊钩垂线转到人孔正上方，还可使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内零件从塔平台外场地上吊到塔平台上人孔上方或完成相反操作。故吊柱之方位设计时首先应考虑人孔的方向。人孔方向应由管道专业根据设备的管线布置和配管要求来确定。

图1-2吊柱
表1-6 吊柱的主要结构参数
S（mm）
L(mm)
H(mm)
φ×δ(mmⅹmm)
R(mm)
E(mm)
重量
1200
3400
1000
219×10
1000
300
1000Kg
HG/T 21639 标准规定的吊住结构见图1-2，主要的参数见表1-6。
吊杆才料为20无缝钢管，其他材料取Q235-A.钢。支座垫板材料与塔体材料相同。吊柱下端支承结构椭圆形。
吊柱以整根管子作为计算依据。若管子长度不够需悍接时，应符合以下要求：
1．只可焊接一处。
2．拼接位置只能在下图所示B到C，E至W间。
3. 焊接结构按图所示。焊缝系数取为0.9.

图1-3
封板：用管子制作的的吊柱均焊有端封板，以防雨水灌入引发锈蚀。封板上方开30的孔。
吊钩：常用的吊钩有三种形式，以圆钢弯成U形焊在吊杆上的应用最广。其结构如图1-4所示：

图1-4吊钩

1.3.5人孔的设计和选择
根据国家行业标准《钢制手孔和人孔》 ，此处选用“回转盖板式平焊法兰人孔（HG/T 215162005）” ，其结构形式及相关参数选择如下图所示：

0.6
图1-5 人孔

1.3.6接管
气体的进口管与出口管：取DN1000mm接管；
液体的进口管：取DN125mm的接管；
液体出塔：取DN150mm的接管。
表1-7 接管参数 （mm）
结构类型
dN
d1×S1
d2×S2
a
b
c
δ
H1
H2
直管式
125
132×4
159×6
15
125
55
6
150
200
150
159×4.5
219×6
25
150
70
6
150
200

结构类型
dN
d1×S1
d2×S2
R
H1
H2
弯管式
125
133×4
219×6
400
150
200
150
158×4.5
219×6
500
150
200

1.3.7接管法兰的选择
参照中华人民共和国行业标准HG20593-97，此处选用标准突面式平焊钢制管法兰，其结构形式及主要尺寸如图1-6：

图1-6 标准突面板式平焊钢制管法兰
表1-8 标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸 (mm)

1.3.8压力容器法兰
由中华人民共和国行业标准《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T 4700-2000）,根据实际情况，于此处选用乙型平焊法兰
表1-9 乙型平焊法兰主要尺寸 （mm）

由JB/T 4701-2000确定法兰结构和尺寸：选直径为2800mm的法兰。垫片选石棉或石墨填充式的缠绕垫片，许用温度为-70 ℃~450℃，材料为16Mn，锻件。螺柱材料为35CrMoA，螺母材料为45，使用温度为-20℃ ~400℃
密封形式用凹凸面密封，其形式如图1-7所示：

图1-7 凹凸面密封
1.3.9裙座
塔体常采用裙式支承，裙座形式应根据载荷情况分圆筒形和圆锥形两大类，圆筒形裙座方便制造且经济合理，故选用圆筒形。
裙座的构建有排气孔、裙座筒体、地脚螺栓座、基础环、引出管通道、保温支承圈、人孔等。
裙座材料选用Q235-B，裙座直径与塔体下封头外径应相等，焊缝采用全熔透的连续焊。具体结构见图纸。
第二章 填料塔的强度、刚度和稳定性计算
2.1 了解设计条件以及选材
按照塔的设计压力，设计温度和介质等条件，参照《过程设备设计》的附录D，可确定容器所选材料为Q235－B。
2.2 计算筒体和封头厚度
（一）根据设计压力及液体静压力确定计算压力：
塔内液柱高度仅仅考虑液封盘液面至塔底的高度=22.5，
静压力==>。
计算压力
（二）圆筒厚度：
承受内压的圆筒：计算厚度
查GB150-1998中表4-1得，在温度为30℃时，Q235-B许用应力为113；
在制造中采用双面焊的全熔透对接接头，局部无损检测，由《过程设备设计》表4-3 取焊接接头系数为0.85。将、 值代入上式得：

圆筒设计厚度：
其中为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀的情况下，对低合金钢和碳素钢，至少取1，取=3；

圆筒的设计厚度：mm。
为钢材负偏差，当钢板厚度超过5mm,可取=0.8mm，名义厚度向上圆整至钢材标准厚度，即标注在图上的厚度。
故, 圆整至12mm。
圆筒的有效厚度=-=12－3.8=8.2mm。
（三）封头厚度：
封头厚度计算公式：

名义厚度=+=4.59+3.8=8.39；圆整至12mm。
封头有效厚度=－=12－3.8=8.2mm。
2.3 载荷分析
2.3.1 地震载荷与地震弯矩的计算
地震对设备的震动既有水平方向震动，又有竖直振动。因此，作用在设备上的既有水平地震力，也有垂直地震力。据GBJ11—89标准，必须对建筑物本身进行抗震验算。
首先，取计算截面（包括危险截面）。本设计将全塔分为5段。要验算的截面有0-0、1-1、2-2、3-3、4-4，其中0-0、1-1、2-2为危险截面。取综合影响系数。
据《过程设备设计》表7-9取特性周期=0.3
对于第二组的场地土类型，设防烈度为7时，据表7-10取地震影响系数的最大值=0.08。
地震影响系数是由场地土的特性周期及塔的自振周期由分析设计方法确定且不得小于0.2
=
设等直径、等壁厚塔设备的任意截面距地面的高度为，基本振型在截面处和底部截面0-0产生的地震弯矩为：

当H/D＞15或H≥20m时，还需考虑高振型的影响，在进行稳定和其他验算时，可按如下公式来计算

危险截面处的弯矩如下：
截面0-0处的弯矩：

=1.25××0.036×70712.15×9.81×32950×0.5
=
截面1-1处的弯矩：

截面2-2处的弯矩：
2.3.2 自振周期的计算
在不考虑操作平台和外部管路的限制作用时，对于等径、等厚的塔，质量沿高度均布，则计算模型可简化悬臂梁。
由GB-150—1998
等径、等厚压力容器基本自振周期计算式：

其中H为高，为有效厚度，E为设计温度下材料的弹模
其中E=。
2.3.3 风载荷与风弯矩
塔分为四段来计算塔所受的风载荷与风弯矩。据《化工设备机械基础课程设计指导书》中所述:
设备中第i段所受的水平风力为：×
当笼式扶梯与塔顶管线成180°时，
当笼式扶梯与塔顶管线成90°时,取以下两式中较大者：
---设备各计算段外径，mm，=2824mm；
---设备中第i计算段风振系数，对于塔高＞时，则按公式计算；
---风压随高度的变化系数，查表5－7可得：

---脉动增大系数，由
,
查表5－8：=2.04；
---第i段的脉动影响系数，查表5－9得：
---第i段的振型系数，由与u查表5－10得：
---扶梯当量宽度，无确定数据时，取=400mm；
---操做平台当量宽度，mm；；
---第I段操作平台构件的竖直射影（不计空挡），；
---第i计算段长度，mm，
=4500mm，=18000mm，=5000mm，=5450mm；
---操作平台所在的计算段长度，mm，
=4500mm，=18000mm，=5000mm，=5450mm；
---各地基本风压，，查《化工设备机械基础》相关表格，衡阳地区为350；
---第i段保温层厚度mm；
---塔顶管路外径，m；；
---管线保温层厚，mm；
---塔设备第i段风力的水平分量，N；
---第i段迎风面有效外径，m；
---体型系数，对于细长圆柱型筒体，体型系数取0.7；
风弯矩与风载荷计算：
0~1段： =1, , =4224mm,, ， ,
1~2段：=4，，=3924mm, =23.9，，，

2~3段：=1，，=4113mm，=28.4m，，

3~顶：=0，=0mm，=3824mm，=32.95m，=1，，
查GB150—1998，任意截面处的风弯矩计算式：

塔设备0-0截面的风弯矩计算公式：

0-0截面的风弯矩为：

1-1弯矩：

2-2弯矩：

2.3.4 偏心质量me
偏心质量引起的弯矩计算式为：
-------
其中e为塔设备重心与心线的距离；
本塔未悬挂附属设备，故重心在中心线上，即e=0，故=0
2.3.5 最大弯矩的计算
塔设备任意危险截面I – I的最大弯矩按下式计算：
取其中最大值
计算如下：
0-0截面：
=，=，=；
1-1截面：
，，；
2-2截面：
，，。
2.3.6 计算塔设备质量载荷
（一）塔体、裙座质量；
塔体总高,
由《化工设备机械基础课程设计指导书》表4-2以内径为公称值径的椭圆封头形式与尺寸，知内径为的标准椭圆型封头曲边段长度h1=700mm，且取直边段长度h2=40mm；查表4-1筒体容积、面积和质量，知本设备公称直径为2800mm，每米筒节理论质量831kg。封头公称直径为2800kg，厚度为12mm，由附表4-3，可知封头的质量为842kg。
塔体与裙座质量：

（二）塔段内件：
本设备选用陶瓷填料，查表可得陶瓷填料的密度=200，且分段高度为，此填料塔的共有3层。故塔段内件质量为：

（三）平台与扶梯：
据《指导书》表5-4 塔设备零件质量载荷表，可得平台质量：，笼式扶梯质量为：
塔总高32.95m, 笼式扶梯总高取为HF=32m，平台数n为8。
故平台与扶梯的质量：

（四） 操作时塔内物料：
据《指导书》附表4-2 得， 算得封头容积=2.5227，
故而操作时塔内物料质量：

（五） 人孔、接管和法兰等附件：
按照经验取附件质量：=0.25
（六） 充液质量，偏心质量=0：
==
设备正常操作质量：
=
设备水压试验最大质量：
kg
设备停工检修最小质量：
kg
2.4 强度的校核
2.4.1筒体轴向力校核及稳定性校核：
由设计压力产生轴向应力：

此应力只存在于筒体，裙座上没有设计压力引起的轴向力
操作时引起的轴向应力：
最大弯矩引起的轴向应力：，
由此式可计算出：
0-0截面弯矩引起的轴向应力
1-1截面弯矩引起的轴向应
2-2截面弯矩引起的轴向应
由《过程设备设计》附表D1知在设计温度30度下Q235-B材料的许用应力为， 载荷组合系数= 1.2，
系数 =
由A查《过程设备设计》图4-7得Q235-B钢板在30度下的系数B=110，
筒体许用轴向应力： （兆帕），取其较小值；
筒体最大组合压应力按下式计算：，并不大于许用轴向压应力。对于内压容器：≤
圆筒最大组合拉应力按下式计算：，并不大于。对于内压容器：≤
圆筒组合应力计算及校核：
0-0：KB=132，K=115.26，=115.26，
≤=115.26满足条件，
≤K=115.26满足条件；
1-1：KB= 132，K= 115.26， =115.26，
≤=115.26满足要求，
≤K= 115.26满足要求；
2-2：KB= 132，K= 115.26，=115.26，
≤=115.26满足条件，
≤K= 115.26满足要求；
2.4.2裙座轴向应力
A．裙座壳体截面组合应力应满足下式：
（1）
其中仅在最大弯矩中有地震弯矩参与时计入；
（2）
式中：----裙座筒底截面积（）； （3）
----裙座底部内径；
----裙座底部截面系数，； （4）
B．裙座检查孔组合应力按下式：
（5）
较大管线引出孔截面按下式：
（6）
其中使用情况与裙座壳体截面组合应力中相同。
式中：----截面处裙座的截面积，；
（7）
（8）
----截面处水平最大宽度；
----截面处裙座壳的内径，；
--截面处的垂直地震力， ；
----检查孔或较大管线引出孔长度，；
----截面处之最大弯矩，；
----截面处之风弯矩，；
----面以上塔体在压力试验时质量，；
----截面以上塔器之操作质量，；
----截面裙座壳体的截面系数，按下式计算：
（9）
其中 （10）
式中: ----截面的加强管厚度，。
此处选用的是圆筒形裙座，故，由前面计算可知，KB =132，=135.6，裙座许用轴向应力取两者中的较小值为132，把已知数据代入以上各式，可得：
0-0面：=，==
＜132，故满足要求。
1-1截面：
检查孔加强管长取200，检查孔加强管水平方向最大宽度为500。检查孔加强管厚应与筒体壁厚一致，即为12；
；
；
=
=
故＜132；
＜132；
均故满足条件。
2.4.3设备压力试验时应力
对承受内压的容进行的耐压试验是为了判断在超过设计压力下，口岸率缺陷是否会发生快速扩展从而造成泄露，同时检验密封结构的密封性能。
A. 圆筒体应力校核依据：
试验时产生的压力引起的周向应力： （1）
式中：----试验介质的密度，通常取工业清水3；
---- 液柱的高度，cm，
（2）
试验时的轴向压力： （3）
重力引起的轴向应力： （4）
式中： 为截面2-2以上的质量。
最大弯矩引起的轴向应力： （5）
B. 应力校核：
压力试验时筒体材料的许用轴向压力由 （6）
确定并取其较小值。
式中：K----载荷组合系数，此处取1.2（《过程设备设计》附表D1）。
水压试验时：，满足校核条件。
代入公式算得： =114.3，
=20.7，
=6.18；
=132。
试验时的圆筒组合应力：
液压试验时：，
，
故满足校核要求。
2.4.4基础环及地脚螺栓的设计与校核：
A. 基础环内外径见下图：

图2-1

图2-2

式中：----裙座内径，2800。
裙座外径 =
B. 基础环厚度计算：
基础环伸出的宽度：；
无肋板时基础环厚度：
式中：----基础环厚度，；
----基础环材料的许用应力，；
----混泥土基础环上的最大压应力，。
取其中的较大值，
有肋板时的基础环厚度：
表2-1 矩形板力矩计算表

无论无肋板或有肋板的基础环厚度均不得小于16（JB-4710—92）。代入数据=28，圆整后，本设计取为32。
C. 地脚螺栓设计与校核：
地脚螺栓承受的最大拉应力：取其中较大值。其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。
式中：----地脚螺栓能承受的最大拉力，；
----基础环的截面积，；
----基础环截面系数，
。

因取较大的，故塔设备必须设计地脚螺栓。
地脚螺纹小径：
式中： ----腐蚀裕量，mm；
----螺栓个数，一般取4的倍数，且不小于16
----螺栓的材料许用应力，。
最终计算出的螺栓公称直径不小于24mm。
先将螺栓数取为最小值16，材料选娶Q235-B，对于Q235-B，许用应力取为147（由JB4710—92），螺栓腐蚀裕量取3（据JB4710—92），故螺栓螺纹小径为：
=33mm
圆整后取M48 16个。
2.4.5盖板设计及校核
盖板的最大应力计算式：
于有垫板时：
其中：----垫板地脚螺栓孔径， 取53
----盖板地脚螺栓孔径， 取75
----肋板宽， 取为160
----肋板内侧间距， 次处取为110
----垫板宽， 取为110
----盖板厚度， =36，一般情况下盖板厚度不小于基础环厚；
----垫板厚， =26
本设备有垫板，查JB4710—92知最大取140Mpa，代入数据可知设计满足行业要求。
2.4.6肋板设计及校核
肋板的压力计算式：
其中：----肋板承受的压力，；
----单个地脚螺栓可承受的最大应力，；
由确定
----肋板个数除以地脚螺栓个数，在这里取2；
----肋板厚，此处取=22，一般不小于0.67倍基础环厚；
----肋板长，取为160。
肋板的许用压应力按下式算：
当≤时
否则取
式中：----肋板许用压应力，；
----长细比，按计算且小于等于250；
----惯性半径，对长方形的截面肋板取0.289，；
----肋板长，此处=350；
----临界长细比，按下式计算：
----筋板弹性模量，于此处取为2.1×（查GB150可取得）；
----肋板材料的许用应力，查JB4710—92取140；
----系数； 按计算；
代入相关数据，可算得：，故满足相关要求。
2.4.7裙座与塔壳的对接焊缝
对接焊缝J-J（2-2）型截面处（见下图）的拉应力按下式：

图2-3
≤
其中仅在最大弯矩有为地震弯矩时计入此项。
其中：----焊缝的许用弯矩，；
----截面以上设备的操作质量，；
----裙座截面内直，取为 2800；
----设计温度30度下接头处的许用应力，即母材许用应力的最小值，取==113
把数据代入：
≤=81.36，故满足。
第三章 开孔和开孔补强设计
根据GB150-1999之规定，壳体上的开孔可选圆、椭圆或长圆。壳体上的椭圆及类似形孔或长圆孔，孔长短径之比应小于2。
3.1 开孔补强
3.1.1 补强圈
采用补强圈时，应符合以下规定：
a) 钢材的标准抗拉强度下限值为540Mpa；
b) 补强圈厚度不大于1.5倍名义厚度；
c) 适用于壳体名义厚度不大于38mm的情况。
3.1.2 整体补强
增加壳体厚度、或以全焊透的形式将整体补强锻件或厚壁接管与壳体相焊接。
3.2 符号说明
----开孔削弱所需的补强截面，；
----附加厚度，2；
----壳体内径，；
----接管外侧有效补强高度，；
----开孔内径，圆形孔取接管内径加两倍C，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），；
----平盖直径，；
----有效补强宽度，；
----强度削弱系数，等于设计温度30度下接管裁减量与壳体材料许用应力之比值，当该 比值大于1.0时，可取为1.0；
----接管内侧补强高度，；
----计算压力，；
----设计温度下壳体材料许用应力，取为113；
----开孔处有效厚度，，；
----接管名义厚度，；
----平盖计算厚度，；
----开孔处计算厚度，；
----接管计算厚度，；
----引出管的有效厚度，，；
----开孔处名义厚度，；
----材料抗拉强度下限，；
----材料标准屈服点，；
----焊接系数，板设计取0.85；
3.3 适用的开孔范围
1． 对于圆筒，当内径不大于1500mm时，最大允许孔径，且满足；否则，最大许可孔径，且不大于1000mm。
2． 凸形封头或球壳上开孔最大许可直径。
3. 锥壳或封头上开孔最大直径，为所开孔的圆心处的锥壳内径。
4. 在椭圆形或碟形封头过渡段开孔时，孔的中心线应垂直于封头表面。
3.4 不另行补强的最大开孔直径
壳体开孔满足下述全部要求的时候，可不另行进行补强设计：
a) 设计压力不大于2.5；
b) 接管公称外径不大于89mm；
c) 相邻孔中心的间距大于该孔直径和之两倍；
d) 接管最小厚度满足如下要求：
表3-1 mm
接管公称外径
25
32
38
45
48
57
65
76
89
最小厚度
3.5
4.0
5.0
6.0

3.5 壳体开孔补强要求
本条规定不适用3.4和3.6所说的开孔。
过孔心且垂直于壳体表面的截面上所需最小补强面积按以下要求确定。
3.5.1 外压容器
圆筒、球壳开孔所须补强：
式中：—按外压计算时圆筒或球壳孔处计算厚度，mm。
对安放式接管可取＝1.0。
3.5.2 内压
1、圆筒或球壳开孔所需补强面积计算式：

其中:—圆筒或球壳开孔处的计算厚度， mm。
注：对安放式接管可取＝1.0。
2、椭圆形或碟形封头开孔所需补强面可按上式计算，按下列情况选取：
a) 开孔位于以椭圆形封头中心为中心80%封头内直径的范围内，

式中：—椭圆形长短轴比值决定的系数；
b) 开孔位于碟形封头球面部分内，

3.6 平盖孔补强要求
1、在平盖开孔满足时（或加撑平盖当量直径的，或非圆形平盖短轴长度的），最小所需补强面积为：
式中：----平盖计算厚度，。上述计算仅适用于外加强元件。
2、在平盖中心开单个圆形孔，且开孔直径时，平盖厚度取：
3.7 有效补强范围及补强面积
计算开孔时，有效补强范围和补强面积应在图3-1中矩形WXYZ范围以内确定。
图3-1 有效补强范围示意图
3.7.1 补强范围
a) 有效宽度按以下公式计算，且取二者中较大值：
b) 内外径有效高度按以下式计算,且取式中较小值：
外侧： （为接管名义厚度）
内侧：（为接管名义厚度）
3.7.2 补强面积
于有效补强范围内：
其中：----补强面积，；
----壳体有效厚度减计算厚度，；
按计算
注：安放式接管应取＝1.0。
----接管有效厚度减计算厚度，；
按计算；
----焊缝截面积，
若，则开孔不需另加补强；
否则，需另行补强，其另外补强面积为：
式中：----有效补强范围内外加的补强面积，。
补强材料一般须与壳体材料相似，若补强材料的许用应力小于壳体材料，则补强面积按两者许用应力之比增加。否则所需补强面积不得减少。
以上介绍的是壳体上单孔等面积补强计算方法。在存在多个开孔且各孔相邻中心距小于两孔直径和时，这些孔就不再以单孔计算，而应算做并联开孔来进行联合补强设计。
受内压的壳体，有时要出现较大的开孔。当孔径超过标准中允许的开孔范围，孔周边会出现较大应力，故而不能采用等面积补强法进行补强设计。目前，对大开孔补强，常用分析设计标准中规定的方法及压力面积法等进行分析计算。
3.8补强方法的判别及补强设计及算
3.8.1接管a的计算
（一） 开孔所须补强面积
表3-2 系数

2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0

1.18
1.08
0.99
0.90
0.81
0.73
0.65
0.57
0.50
＝0.9，壳体计算厚度＝＝4.1mm
强度的削弱系数：，＝＝1
接管有效厚度为：＝9.2-2＝7.2㎜.
开孔所需补强面积：A＝=1000×4.1=4100
（二） 有效补强的范围
A． 宽度 ：
取最大值,故B＝2000mm 。
B． 高度:
外侧 取最小值,故=100mm。
内侧 取最小值,故＝0。
（三） 有效补强的面积
1. 壳体多余金属面积
有效厚度
壳体剩余金属面积：

2. 接管
计算厚度：＝
多余金属面积：＝

3. 接管焊缝面积（焊高取6.0㎜）＝2××6.0×6.0＝36
4. 总有效补强面积：＝5400+3440+36＝9076A，故开孔后不需补强设计。
3.8.2接管f的计算
（一）补强计算判别式：
开孔直径d=150mm<=933mm，且满足等面积开孔补强计算适用条件时可用等面积法进行补强设计。
（二）开孔所需补强面积：A＝
（三）有效补强范围
1. 宽度：，取最大的值
此处取为B=300。
2. 高度：
外侧：，不取最大值，=38.7。
内侧：，取最小值，＝0。
（四）有效补强面积
1. 壳体多余金属面积
有效厚度
壳体剩余金属面积：

2. 接管余金属面积
计算厚度：＝
接管剩余金属面积：＝

3. 接管区面积（焊高取6.0）：＝2××6.0×6.0＝36
4. 有效面积：＝690+426.7+36＝1152.7A，所以开孔后不需另行补强设计。
3.8.3 接管c的计算
（一）补强计算方法判别
开孔直径d=125mm<=933mm，满足等面积开孔补强激计算的适用条件，可用等面积法进行开孔补强计算。
（二）开孔所需补强面积：A＝
（三）有效补强范围
1.有效宽度：，取大值,
B＝250mm。
2.有效高度：
外侧有效高度：，取小值，取=35mm。
内侧有效高度： ，取小值，取＝0。
（四） 有效补强面积
1.筒体多余金属面积
筒体有效厚度；
筒体多余金属面积计算：

2.接管多余金属面积
接管计算厚度：＝
接管多余金属面积的计算＝

3.接管区焊缝面积（焊脚取6.0㎜）：＝2××6.0×6.0＝36
4.有效补强面积：＝575+394.4+36＝1005.4
A，故开孔后不需要另行补强。
3.8.4接管d的计算
（一）补强计算方法判别：
开孔直径d=100mm<=933mm，满足等面积开孔补强激计算的适用条件，
可用等面积法进行开孔补强计算。
（二）开孔所需补强面积：A=
（三)有效补强范围
1.有效宽度：，取大值，故B＝200mm。
2.有效高度：
外侧：，取最小值，故=30.3mm。
内侧：，取最小值，则＝0。
（四）有效补强面积
1.壳体余金属面积
有效厚度：
筒体多余金属面积：

2.接管多余金属面积
计算厚度：＝
接管多余金属面积：＝

3.接管区缝面积（焊取6.0㎜）：＝2××6.0×6.0＝36
4.有效补强面积：＝460+353.9+36＝849.9
A，开孔后不需要另行补强计算设计。
3.9 人孔处补强
（一）补强计算方法判别：
人孔公称直径500mm<=933mm，＝4806时，且满足等面开孔补强计算的适用条件，可用等面积法进行设计开孔补强计算。所