1. ASME B31.3壁厚設計計算與對(dui)比分(fen)析
從上面的(de)推導過(guo)程可知(zhi),對(dui)于理(li)想的(de)薄壁(bi)圓筒管(guan)(guan)狀設備,如(ru)果要使其(qi)強(qiang)度承受給定內(nei)(nei)壓(ya)而(er)不致破壞,所取的(de)計(ji)(ji)算厚度應與內(nei)(nei)壓(ya)和管(guan)(guan)子(zi)直徑(jing)的(de)乘積成(cheng)正(zheng)比,與材(cai)料的(de)許用(yong)應力成(cheng)反(fan)比。經過(guo)多年發(fa)展和對(dui)公式的(de)不斷(duan)修正(zheng),形成(cheng)了目前廣泛認可的(de)ASME B31.3經典壁(bi)厚計(ji)(ji)算公式(3.3.4)或式(3.3.5)。
2. ASME B31.3管道壁厚計算方(fang)法
(1)管道的直管部分所要求(qiu)的厚度(du)應(ying)按公式(3.3.4)確定:
tm=t+c (3.3.4)
考慮到鋼廠的負偏差,應選用(yong)管(guan)道(dao)最小(xiao)壁厚T≥tm
(2)直管的(de)壓(ya)力(li)設計公式中的(de)代(dai)號意義如下:
c--機(ji)(ji)械裕量(螺(luo)紋或(huo)溝槽深(shen)(shen)度(du))與(yu)腐蝕和(he)磨蝕裕量的(de)(de)(de)總和(he)。對于帶(dai)螺(luo)紋的(de)(de)(de)組件,應采用公(gong)(gong)稱螺(luo)紋深(shen)(shen)度(du)(ASME B1.20.1的(de)(de)(de)尺(chi)寸h或(huo)相當的(de)(de)(de)尺(chi)寸);對于沒有規定公(gong)(gong)差(cha)的(de)(de)(de)機(ji)(ji)加工表面或(huo)槽,應在規定的(de)(de)(de)切削深(shen)(shen)度(du)加上(shang)0.5mm(0.02in)的(de)(de)(de)公(gong)(gong)差(cha);
d--管道內(nei)徑。對于壓力設計計算時(shi),管道內(nei)徑應(ying)是采購技術(shu)條件(jian)下(xia)的最大值;
D--管(guan)道的外徑,如標準或技術條件表列(lie)或實測;
E--ASME B31.3表A-1A或A1-1B所列(lie)質量系數;
p--設計內壓(ya)(表(biao)壓(ya));
S--材料的許用應力(li),見ASME B31.3表(biao)A-1;
T--管壁厚(實測或按(an)采(cai)購(gou)技術條件(jian)中(zhong)的(de)最小壁厚);
tm--包括機加工、腐蝕和磨蝕裕量在內的所(suo)需最小厚(hou)度;
t--壓力設計厚度;
W--焊縫(feng)結(jie)構(gou)強度降低(di)系數。
W 是考慮(lv)蠕(ru)變溫度下(xia)新加的(de)一個(ge)小于或等于1的(de)系數。實際上式(shi)(3.3.5)和式(shi)(3.3.6)最初來(lai)源于較精確且較復(fu)雜的(de)拉美(Lamé)公(gong)式(shi)(在1883年提(ti)出)的(de)經驗近似式(shi)。
焊(han)縫(feng)接頭(tou)強度(du)降(jiang)低(di)(di)系數W是引(yin)起(qi)焊(han)縫(feng)接頭(tou)失效的(de)(de)名(ming)義(yi)應(ying)(ying)力與相同持(chi)久時間(jian)母材失效的(de)(de)名(ming)義(yi)應(ying)(ying)力的(de)(de)比,在缺少(shao)更多可用(yong)數據的(de)(de)情況(kuang)下(如蠕變試驗),對于所有(you)材料,在溫(wen)度(du)不大于510℃(950℉)時,應(ying)(ying)取為1.0,在溫(wen)度(du)815℃(1500°℉)時,應(ying)(ying)取為0.5。中間(jian)溫(wen)度(du)的(de)(de)強度(du)降(jiang)低(di)(di)系數應(ying)(ying)使用(yong)線性內插(cha)法取得。對于溫(wen)度(du)高于815℃(1500°℉)的(de)(de)情況(kuang),由(you)設計者負責確定強度(du)降(jiang)低(di)(di)系數。
使(shi)用(yong)焊(han)(han)縫(feng)接(jie)頭的蠕變試驗來確定強度降低(di)系(xi)數(shu)時(shi),宜(yi)使(shi)用(yong)全厚度橫截面焊(han)(han)縫(feng)試樣試驗,其持久時(shi)間不低(di)于1000h。除非設(she)計(ji)者考慮由于橫穿(chuan)焊(han)(han)縫(feng)應力(li)重新分配的影響,應使(shi)用(yong)全厚度焊(han)(han)縫(feng)試樣。
Y--當t/D/6時(shi)從ASME B31.3表查得(de)系數,見(jian)表3.3.18。對于中間溫度,Y值可用內(nei)插法求得(de)。
(3)承(cheng)受(shou)內壓的直(zhi)管。
①. 當t<D/6時(shi),直管的內壓設計厚(hou)度,應不小(xiao)于(yu)式(3.3.5)或式(3.3.6)計算出的厚(hou)度:
②. 當t≥D/6時或p/SE>0.385時,直管的內壓(ya)設計(ji)厚度(du)要對諸如失效機理、疲(pi)勞影響(xiang)和熱應力等(deng)因素予(yu)以特殊考慮。
(4)承受(shou)外壓的直(zhi)管。
確定承(cheng)受(shou)外(wai)壓的(de)(de)直(zhi)管(guan)的(de)(de)壁厚和剛性(xing)加(jia)強要(yao)求(qiu)時,應遵照(zhao)BPV規(gui)范(fan)VII卷第1冊UG-28至(zhi)UG-30規(gui)定的(de)(de)程序,使用UG-29規(gui)定的(de)(de)兩剛性(xing)加(jia)強圈(quan)斷面(mian)中(zhong)心(xin)線間長(chang)度(du)作為(wei)設計長(chang)度(du)Lo。作為(wei)例外(wai)的(de)(de)是當(dang)P.2的(de)(de)S值(zhi)應是在設計溫度(du)下管(guan)道材(cai)料(liao)下列數值(zhi)中(zhong)較小值(zhi):
①. 1.5倍ASME B31.3附錄表A-1的許(xu)用應力(li);
②. 0.9倍(bei)列于(yu)第II卷(juan)D篇表Y-1相應(ying)材料屈服強度(du)。
(第(di)VII卷中(zhong)的(de)符號D。相當于ASME B31.3中(zhong)的(de)D)