【化工行业标准(HG)】 化工装置管道机械设计技术规定

化工装置管道机械设计技术规定HG/T20645.5-1998
蒸汽夹套管端板强度计算
1.1适用范围
本规定适用于蒸汽夹套管端板强度的校核计算。1.2
符号说明
计算方法
图1.2.1蒸汽夹套管端板简图
一外套管的外径；
Dp——内套管的外径；
E.一外套管的弹性模数；
E。内套管的弹性模数；
E端板的弹性模数；
F.-一外套管的截面积；
一内套管的截面积：
由内压引起的作用在外边缘上的反作用力；一夹套管内的介质压力；
由内压引起的作用在内边缘上的反作用力；一端板外半径；
端板内半径；
一外套管的温度；
T,—内套管的温度；
T。端板的温度；
tm外套管的壁厚；
——内套管的壁厚；
Wo(AL)
变形量；
端板内边缘和外边缘最大变形量；由热膨胀引起的端板变形量：
由内压引起的端板变形量；
p/r，端板内半径处，X=1，端板外半径处，X=R/r=α；端板厚度；
转角；
泊桑比；
外套管的热膨胀系数；
内套管的热膨胀系数；
端板的热膨胀系数；
Op(AL)
Gt(AL)
径向应力；
-纵向应力；
合成应力；
由热膨胀引起的端板径向应力；由热膨胀引起的端板纵向应力；由热膨胀引起的端板合成应力；一由内压引起的端板径向应力；由内压引起的端板纵向应力；
由内压引起的端板合成应力；
一由边缘载荷F(P)引起的外边缘（或内边缘）应力；Gvp一由内压引起的端板内边缘（或外边缘)综合应力；Oumax
由热膨胀和内压共同引起的端板内(外)边缘最大应力。1.2.2计算公式
引起端板的变形主要是内管与外套管不同的热膨胀量和夹套中的内压，在校核端板强度时可对这两部分力分别进行计算，然后叠加就可得到端板的总应力。根据应78
力判断，端板的计算应力必须小于或等于许用应力，以此条件确定端板厚度（已假定）是否能满足设计要求。bZxz.net
1计算热膨胀引起的应力和变形
1)径向应力p(AL)
2)纵向应力(AL）
Gt(AL)
3)合成应力(AL）
3P(AL)
2元02
3P(AL)
2元82
Ot(AL)=μOp(AL)
4)变形量W3P(AL)
oCAL)+oiAL)p(AL)tCAL)
WocAL)
P(AL) · R2
2计算由内压引起的端板应力和变形量(1.2.2—1)
(1.2.2—2)
(1.2.2—3)
(1.2.2—4)
夹套管夹套中的内压引起的端板应力分为两部分。其一，夹套管内压均勾地作用在端板上产生的端板应力；其二，该内压会引起一个作用在外管壁上的反作用力FcP)，这个力F(p同P(AL)相似，由F(p)也产生端板应力。以上两部分应力之和为内压引起的端板综合应力
1)径向应力p(P)
2)纵向应力α(P)
3)合成应力(P)
4)变形量Wp）
t(P)=uo(P)
(p)=op)+eicp)—pcP)· ot(p)
5)由Fcp)产生的端板应力ov[F(P>)Ov[F(P)=
6)由内压引起的端板内(外)边缘综合应力6P(P)[F(P)
(1.2.2—5)
(1.2.2—6)
(1.2.2-7)
(1.2.2—8)
(1.2.2-9)
(1.2.2--10)
3由热膨胀和内压共同引起的端板内（外）边缘最大应力vmx（选取二者中的应力大值作为校核判断依据）
Omax=ov(AL)十eP
(1.2.2--11)
1.3.1计算所需原始数据
1.3计算要求
1外套管外径Dm；壁厚tm；温度Tm，热膨胀系数αm；弹性模数Em。内套管外径Dp；壁厚tp；温度Tp热膨胀系数αp；弹性模数E,；夹套管长度L；夹套管压力P。
1.3.2辅助数据计算
1系数α
2外套管截面积Fm
D.—2tm.
Dm-2tm
Fm=(Dmtm）·元·tm
3内套管截面积F
F,=(D,—t,)·元·tp
由内外套管热膨胀差引起的作用于外套管边缘上的载荷P(AL)P(AL)
L(aAt,-am△tm)
由内压引起的外边缘载荷F(P)
Em·Fm
F(P)=P.R2
(1.3.2-1)
(1.3.2-2)
(1.3.2-3)
(1.3.2-4)
(1.3.2-5)
5由内压引起的内边缘载荷Q(P
Q(P)=P(R2—r2) 元—F(P)
系数e
e=(1+μ)lnX
系数t
t=(1+μ)InX
系数β
10系数入
()[(1+μ)X+(1-μ)]+1
)[(1+μ)X2-(1-μ)+μ
0.21702—0.434+0.217
入=1#+(1+)lnX
-μaina
11系数9
0=μ+(1十μ)lnX
12系数u
0.868ln2a
2αlnα
a'lna+1+±.a+1
(1.3.2-6)
(1.3.2-7)
(1.3.2-8)
(1. 3.2—9)
(1.3.2—10)
(1.3.2—11)
13系数e
14系数?
15系数n
0.512α2-1.195+0.683lna—273ln2αa2
1.3.3计算结果处理
(1.3.212)
(1.3.2—13)
(1.3.2 -14)
(1.3.2—15)
1端板内边缘（或外边缘)中的最大计算应力为vmax与许用应力[]比较。1)最大计算应力avnax小于或等于许用应力[，则选择的端板厚度满足设计要求。
2)最大计算应力avmax大于许用应力[，则选择的端板厚度不能满足设计要求，故增加端板厚度值再作重复校核计算，直至通过。83
2标准法兰等级校核规定
2.1适用范围
化工装置的管道法兰，除承受内压外，还要承受由于管道质量、热膨胀、振动等引起的轴向力和弯矩的作用。为防止在操作条件下发生泄漏和可能出现的损坏，必要时，对已选定的标准法兰等级进行可靠性校核，以判定是否需要采取进一步的安全措施。
本规定适用于标准法兰的等级校核计算。2.2计算方法
采用把外载荷换算成当量内压的方法，最终对法兰等级进行校核和判断。符号说明
垫片有效密封宽度；
垫片基本密封宽度；
操作状态垫片有效密封宽度：
螺栓中心圆直径；
垫片压紧力作用中心圆直径；
螺栓孔直径；
轴向力；
弯矩；
Mx方向的弯矩；
M,—y方向的弯矩；
P设计压力；
P1—由轴向力引起的当量压力；P2由弯矩引起的当量压力；
P一作用于法兰的当量总压力
法兰在操作温度(t)时的许用工作压力。2.2.2计算公式
1当量压力计算
1)轴向力转换成当量压力计算
(2.2.2—1)
一轴向力，N；使法兰受拉伸作用的F力为（+），使法兰受压缩作用的F式中　F—
力为（一)；
Dc一垫片压紧力作用中心圆直径，mm。2)力矩转换成当量压力计算
Pg=±16M
式中．M—弯矩,N·m。
2当量总压力计算
P=P+Pi+P,=P
2.3计算要求
2.3.1输入数据
1力矩M
(2.2.2—2)
法兰所受力矩有三个方向，其中两个方向是弯矩，另一方向是扭矩，扭矩主要影响螺栓的截面积，对法兰强度影响可以不计。两个弯矩对法兰强度及泄漏起关键作用，因此，力矩M应是合成弯矩。即M=VM+M
式中M方向的弯矩,N·m;
(2.3.1—1)
M-y方向的弯矩,N·m。
2垫片DG值
垫片压紧力作用中心圆直径DG的确定，取决于法兰的形式及密封宽度。1)窄面法兰
对于松套法兰，垫片Do值即是法兰与翻边接触面的平均直径。a
b对于其它型式法兰，则按下述规定计算a)当b<6.4mm时，
b)当b。>6.4mm时，
Dc一垫片接触面的平均直径；
DG=垫片接触面外直径减2b。
其中有效密封宽度6按以下规定确定：当b≤6.4mm时，b=b。
当b。>6.4mm时，b=2.53b。
2)宽面法兰
DG=D—(d+26\)
式中Db—螺栓中心圆直径，mm；db-一螺栓孔直径，mm；
26\一操作状态垫片有效密封宽度，mm，3许用工作压力Pma
法兰在工作温度下无冲击的许用工作压力是衡量法兰可靠性的重要指标，并据此来限制法兰的使用工况。应依照法兰标准中的压力一温度等级规定，求得许用工作压力Ptmax。
2.3.2输出数据
当量压力P。是法兰在工作温度下的总当量压力，即考虑了外载荷的作用，是判定法兰是否安全操作的重要依据。P。值应取绝对值。2.3.3计算结果的处理
等级校核应满足下式
P≤Pma
如果P。>Ptax时，法兰在工作温度下有可能产生泄漏，为了保证法兰能安全工作，可分别采取以下措施：
1)减小轴向力和弯矩值(改变管道柔性)；2)提高法兰的材料等级；
3)提高法兰的压力等级。
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