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外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法  

2017-09-29 19:06:01|  分类: 压力容器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一台塔设备,材料为S30409,设计温度620°C,在试用SW6计算的时候,总是出现“许用轴向压应力计算过程中材料的外压应力系数B值曲线温度超界”。从而造成设备的轴向压应力校核不合格。从计算书中可以看到,当B值超界时,SW6将B赋值为1MPa,而实际的轴向压应力一般都大于1MPa,所以校核不合格。

外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法 - vcad2013 - VCAD的博客

查一下GB150.3-2011表4-1,以及对应的图4-8,对于S30409,设计温度范围到650°C。

外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法 - vcad2013 - VCAD的博客

PVdesk软件核算,是620°是可以查到B值的。人工手算A值后,再按照GB150.3图4-8查询B值,得到B值大约为33MPa。对比计算书中实际轴向压应力2.5MPa,那么设备的安全性应该是没有任何问题的。

为什么SW6这么独特呢,标准说用到650°C但是它却说超界?

原因是SW6的编者认为,设计温度超过蠕变温度,此时可以查到B值,但是此时不仅仅可能发生轴向或者周向失效,也可能发生蠕变失效。B值的数据并未考虑蠕变的效果。所以查询得到的B值,带入计算是有风险的,为了避免承担这种风险,SW6编者就人为设定了:当设计温度超过蠕变温度后,B值就算超界,直接赋值为1MPa。

但是这是作者的理解,PVdesk和ASME的计算软件PVElite并不这么操作。既然规范允许查询B值,那么在工程实践中,它就是有一定的安全性的,否则完全没有必要画超过蠕变温度的B值了。

况且从本台设备的操作工况来算,操作温度最高为580°C,并未超过蠕变温度,就算偶尔超过蠕变温度,其寿命范围内还远达不到蠕变失效的时间,十万小时。那么使用GB150.3的B值是合情合理的。

虽然我们知道原理上设备是安全,但是计算书怎么出呢?我相信很多朋友有过和我一样的困惑。

原来一般有3种解决方案:

1.手动修改SW6计算书

2.改用PVdesk计算

3.在SW6材料库中手动建立用户材料:S30409H,外压曲线选择图4-8.避免限制蠕变的情形。

每种解决方案都不甚完美,手动修改容易出错,而且一般不要手动修改计算书。使用PVdesk计算相当于重来一遍计算。建立用户材料,输入数据多,且很麻烦。

那么有没有可以最优的解决方案呢?



答案是肯定的,笔者经过研究,将终极解决方案公布如下:

先在SW6的安装目录下搜索mat_b值的文件,会有两个mat_b.txt文件。

外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法 - vcad2013 - VCAD的博客

打开SW6-2011w\data下的Mat_b.txt文件,搜索你想要修改的材料名称,比如S30409,会发现有一行表述S30409的使用范围,4-8的意思是使用的是GB150.3-2011 图4-8的外压应力系数曲线,-300不用管,后面的600是指的B值的最高温度. 

外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法 - vcad2013 - VCAD的博客

不用犹豫,赶紧将600°C修改成650°C吧。改完后保存文件,打开SW6的程序,再次运行原来的模型,有惊喜:

外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法 - vcad2013 - VCAD的博客

 

许用轴向压应力有37.6MPa,原先不合格的计算书现在合格了。生成word计算书,非常完美。




这种方案的解决原理是,SW6会先引用这个文件,查找到材料后,判断材料B值的最高温度,即此文件的第5个数据,如果高于这个数据,那么B值就直接赋值为1.所以我们可以通过直接修改这个数据从而使得程序能够继续按照曲线查找B值。

这种情况不是第一次遇到,原先对于480°C的Q345R,450°C的15CrMoR都有无法计算外压或者塔的情况,SW6对其限制的非常严格。如果想一次性的改掉所有的材料,可以将这个文件的每行第5个数据按照GB150.3-2011表4-11的设计温度范围全部修改掉,以后就再也不会出现B值无法查找的情况了。

在ASME中是什么情况呢,贴张ASME的304材料使用温度,最高为815°C:

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注:

The external pressure charts do not account for reduction of buckling strength due to creep under long‐term loads. The effect of creep

on buckling shall be considered at temperatures for which allowable stresses are shown italicized in Tables 1A, 1B, 5A, and 5B, and in

boldface in Tables 2A and 2B.

不过注中也提示了:曲线未考虑长期蠕变对失稳的影响。所以当操作温度超过蠕变温度时,还是慎重考虑一下B值是否可靠。




另外GB150.3-2011的表4-11的第9行,材料为15CrMoR,查15CrMoR的材料,发现它的蠕变线小于等于475°C等同15CrMo,而且图4-5的范围也到475°C,所以其中的400°C应该为475°C,可以将这个数值更正一下。

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