1. ASME B31.3壁厚設計計算與對比分析


從上面的(de)(de)推導過程(cheng)可知,對于理想的(de)(de)薄壁圓筒(tong)管狀設備,如(ru)果要使(shi)其強度承受給(gei)定內(nei)壓而不(bu)致破壞,所取的(de)(de)計算(suan)(suan)厚度應與內(nei)壓和(he)管子直徑(jing)的(de)(de)乘積成(cheng)正比,與材料的(de)(de)許用應力成(cheng)反比。經過多(duo)年發展和(he)對公(gong)式(shi)的(de)(de)不(bu)斷修正,形(xing)成(cheng)了(le)目前(qian)廣泛(fan)認可的(de)(de)ASME B31.3經典壁厚計算(suan)(suan)公(gong)式(shi)(3.3.4)或式(shi)(3.3.5)。
2. ASME B31.3管道壁厚計算方法
(1)管道的直管部分所要求的厚度應按公式(3.3.4)確(que)定:
tm=t+c (3.3.4)
考(kao)慮到(dao)鋼廠(chang)的負偏差,應選用管道最小壁厚T≥tm
(2)直管的(de)壓力設計公(gong)式中的(de)代號意(yi)義(yi)如(ru)下(xia):
c--機(ji)械裕(yu)(yu)量(liang)(螺(luo)紋或(huo)(huo)溝槽深度)與(yu)腐蝕和磨蝕裕(yu)(yu)量(liang)的(de)(de)(de)總和。對(dui)于(yu)帶螺(luo)紋的(de)(de)(de)組件,應采用公(gong)稱(cheng)螺(luo)紋深度(ASME B1.20.1的(de)(de)(de)尺寸h或(huo)(huo)相當的(de)(de)(de)尺寸);對(dui)于(yu)沒有規(gui)定公(gong)差的(de)(de)(de)機(ji)加(jia)工表面或(huo)(huo)槽,應在規(gui)定的(de)(de)(de)切削(xue)深度加(jia)上0.5mm(0.02in)的(de)(de)(de)公(gong)差;
d--管道內徑。對于(yu)壓力設計計算時(shi),管道內徑應是采購技(ji)術條(tiao)件(jian)下的最(zui)大值;
D--管道(dao)的(de)外徑,如標準或技(ji)術條件(jian)表(biao)列或實測;
E--ASME B31.3表A-1A或A1-1B所列質(zhi)量系(xi)數;
p--設計內(nei)壓(表壓);
S--材料的許用應力,見ASME B31.3表A-1;
T--管壁(bi)厚(實測或按采購技(ji)術條件中(zhong)的(de)最小壁(bi)厚);
tm--包括機加(jia)工、腐蝕和磨蝕裕(yu)量在內的所(suo)需最小厚(hou)度;
t--壓力(li)設計厚度;
W--焊縫(feng)結構強度降低系數。
W 是考慮(lv)蠕變(bian)溫度下新加(jia)的(de)一(yi)個(ge)小于(yu)或等(deng)于(yu)1的(de)系數。實際上式(shi)(3.3.5)和式(shi)(3.3.6)最初(chu)來源于(yu)較精確且較復雜的(de)拉(la)美(mei)(Lamé)公(gong)式(shi)(在1883年提(ti)出(chu))的(de)經驗近似式(shi)。
焊縫(feng)接頭強(qiang)度(du)降低(di)系數(shu)(shu)W是引起焊縫(feng)接頭失(shi)效的(de)名(ming)(ming)義應力與相同持久時間(jian)母材失(shi)效的(de)名(ming)(ming)義應力的(de)比,在缺少更多可用(yong)數(shu)(shu)據的(de)情況下(xia)(如蠕變試驗(yan)),對于(yu)(yu)所有(you)材料,在溫(wen)(wen)度(du)不大于(yu)(yu)510℃(950℉)時,應取為1.0,在溫(wen)(wen)度(du)815℃(1500°℉)時,應取為0.5。中間(jian)溫(wen)(wen)度(du)的(de)強(qiang)度(du)降低(di)系數(shu)(shu)應使用(yong)線性內(nei)插法(fa)取得。對于(yu)(yu)溫(wen)(wen)度(du)高于(yu)(yu)815℃(1500°℉)的(de)情況,由設計者負責(ze)確定強(qiang)度(du)降低(di)系數(shu)(shu)。
使用焊縫(feng)接(jie)頭的(de)蠕變試驗來確定強度降低系數(shu)時,宜使用全(quan)厚度橫截面焊縫(feng)試樣試驗,其持久時間(jian)不低于1000h。除非設計者考慮由于橫穿焊縫(feng)應力(li)重新分配的(de)影響,應使用全(quan)厚度焊縫(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值可用內插法(fa)求得(de)。

(3)承受內壓(ya)的直管(guan)。
①. 當(dang)t<D/6時,直管(guan)的內(nei)壓設計(ji)厚(hou)度(du),應不(bu)小(xiao)于(yu)式(shi)(3.3.5)或式(shi)(3.3.6)計(ji)算出的厚(hou)度(du):

②. 當(dang)t≥D/6時或p/SE>0.385時,直管的內(nei)壓設計厚度要對諸如失(shi)效機(ji)理、疲勞影響(xiang)和熱應力(li)等因素予以(yi)特(te)殊考慮。
(4)承受外壓的(de)直管。
確(que)定(ding)承受(shou)外壓的(de)直管的(de)壁厚和剛(gang)性(xing)加強要求時,應(ying)遵(zun)照BPV規范(fan)VII卷第1冊UG-28至UG-30規定(ding)的(de)程序,使用(yong)UG-29規定(ding)的(de)兩剛(gang)性(xing)加強圈斷面中(zhong)心線間長度(du)作為(wei)設(she)計長度(du)Lo。作為(wei)例外的(de)是(shi)(shi)當P.2的(de)S值應(ying)是(shi)(shi)在(zai)設(she)計溫度(du)下管道材(cai)料下列(lie)數值中(zhong)較小值:
①. 1.5倍ASME B31.3附錄表A-1的許用應力;
②. 0.9倍列于第II卷D篇表Y-1相應材料屈服強度。
(第VII卷中(zhong)的符號(hao)D。相當于ASME B31.3中(zhong)的D)

