1. ASME B31.3壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算與對(duì)比分析
從上面的推導(dǎo)過(guò)程可知,對(duì)于理想的薄壁圓筒管狀設(shè)備,如果要使其強(qiáng)度承受給定內(nèi)壓而不致破壞,所取的計(jì)算厚度應(yīng)與內(nèi)壓和管子直徑的乘積成正比,與材料的許用應(yīng)力成反比。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展和對(duì)公式的不斷修正,形成了目前廣泛認(rèn)可的ASME B31.3經(jīng)典壁厚計(jì)算公式(3.3.4)或式(3.3.5)。
2. ASME B31.3管道壁厚計(jì)算方法
(1)管道的直管部分所要求的厚度應(yīng)按公式(3.3.4)確定:
tm=t+c (3.3.4)
考慮到鋼廠的負(fù)偏差,應(yīng)選用管道最小壁厚T≥tm
(2)直管的壓力設(shè)計(jì)公式中的代號(hào)意義如下:
c--機(jī)械裕量(螺紋或溝槽深度)與腐蝕和磨蝕裕量的總和。對(duì)于帶螺紋的組件,應(yīng)采用公稱(chēng)螺紋深度(ASME B1.20.1的尺寸h或相當(dāng)?shù)某叽纾?;?duì)于沒(méi)有規(guī)定公差的機(jī)加工表面或槽,應(yīng)在規(guī)定的切削深度加上0.5mm(0.02in)的公差;
d--管道內(nèi)徑。對(duì)于壓力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),管道內(nèi)徑應(yīng)是采購(gòu)技術(shù)條件下的最大值;
D--管道的外徑,如標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件表列或?qū)崪y(cè);
E--ASME B31.3表A-1A或A1-1B所列質(zhì)量系數(shù);
p--設(shè)計(jì)內(nèi)壓(表壓);
S--材料的許用應(yīng)力,見(jiàn)ASME B31.3表A-1;
T--管壁厚(實(shí)測(cè)或按采購(gòu)技術(shù)條件中的最小壁厚);
tm--包括機(jī)加工、腐蝕和磨蝕裕量在內(nèi)的所需最小厚度;
t--壓力設(shè)計(jì)厚度;
W--焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低系數(shù)。
W 是考慮蠕變溫度下新加的一個(gè)小于或等于1的系數(shù)。實(shí)際上式(3.3.5)和式(3.3.6)最初來(lái)源于較精確且較復(fù)雜的拉美(Lamé)公式(在1883年提出)的經(jīng)驗(yàn)近似式。
焊縫接頭強(qiáng)度降低系數(shù)W是引起焊縫接頭失效的名義應(yīng)力與相同持久時(shí)間母材失效的名義應(yīng)力的比,在缺少更多可用數(shù)據(jù)的情況下(如蠕變?cè)囼?yàn)),對(duì)于所有材料,在溫度不大于510℃(950℉)時(shí),應(yīng)取為1.0,在溫度815℃(1500°℉)時(shí),應(yīng)取為0.5。中間溫度的強(qiáng)度降低系數(shù)應(yīng)使用線性內(nèi)插法取得。對(duì)于溫度高于815℃(1500°℉)的情況,由設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)確定強(qiáng)度降低系數(shù)。
使用焊縫接頭的蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)確定強(qiáng)度降低系數(shù)時(shí),宜使用全厚度橫截面焊縫試樣試驗(yàn),其持久時(shí)間不低于1000h。除非設(shè)計(jì)者考慮由于橫穿焊縫應(yīng)力重新分配的影響,應(yīng)使用全厚度焊縫試樣。
Y--當(dāng)t/D/6時(shí)從ASME B31.3表查得系數(shù),見(jiàn)表3.3.18。對(duì)于中間溫度,Y值可用內(nèi)插法求得。
(3)承受內(nèi)壓的直管。
①. 當(dāng)t<D/6時(shí),直管的內(nèi)壓設(shè)計(jì)厚度,應(yīng)不小于式(3.3.5)或式(3.3.6)計(jì)算出的厚度:
②. 當(dāng)t≥D/6時(shí)或p/SE>0.385時(shí),直管的內(nèi)壓設(shè)計(jì)厚度要對(duì)諸如失效機(jī)理、疲勞影響和熱應(yīng)力等因素予以特殊考慮。
(4)承受外壓的直管。
確定承受外壓的直管的壁厚和剛性加強(qiáng)要求時(shí),應(yīng)遵照BPV規(guī)范VII卷第1冊(cè)UG-28至UG-30規(guī)定的程序,使用UG-29規(guī)定的兩剛性加強(qiáng)圈斷面中心線間長(zhǎng)度作為設(shè)計(jì)長(zhǎng)度Lo。作為例外的是當(dāng)P.2的S值應(yīng)是在設(shè)計(jì)溫度下管道材料下列數(shù)值中較小值:
①. 1.5倍ASME B31.3附錄表A-1的許用應(yīng)力;
②. 0.9倍列于第II卷D篇表Y-1相應(yīng)材料屈服強(qiáng)度。
(第VII卷中的符號(hào)D。相當(dāng)于ASME B31.3中的D)