ICS75.180.10 E 92 SY 备案号：53499—2016 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T7085—2016 承压设备的设计计算 Design calculations for pressure-containing equipment 201601一07发布 2016一06一01实施 国家能源局 发布 SY/T7085-2016 目 次 前言 范围 1 2 规范性引用文件 术语、定义和符号 4 弹性分析 5 特殊应力的考虑 6 非线性分析 报告结果 7 附录A（资料性附录） 阀体和油管头四通的设计计算 参考文献 SY/T7085—2016 前言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则 起草。 本标准修改采用APIStd6X：2014《承压设备的设计计算》。 本标准与APIStd6X：2014的差异及其原因如下： 由于符号Pm，Pl，P.被定义为特定类型的应力（见3.2），而不是应力强度，所以在公式 （5）至公式（9）中以上述应力或其组合来表示应力强度是不合适的。本标准中，以S1： SⅡ，S表示相应类型的应力强度，具体修改如下： ·用公式（8）“S≤1.8Sm”代替APIStd6X：2014公式（8）“PL≤1.8S.”； ·用公式（9）“S≤1.8Sm”代替APIStd6X：2014公式（9）“PL+P≤1.8Sm”。 基于同样的理由，对正文多处作了修改，主要如下： “一次总体薄膜应力P仅由机械载荷产生”代替“一次总体薄膜应力强度仅由机械载荷产生”； “一次局部薄膜应力P,仅由机械载荷产生”代替“一次局部薄膜应力强度仅由机械载荷产生”； ·在4.4.2.3第一段中，用“一次弯曲应力P,的分量计算来自...”代替“一次弯曲应力强度 P.的分量计算来自..” ·在4.4.2.3第二段中，用“...弯曲应力分量与薄膜应力分量相组合（PL+P,），合成应力强 度S（由P.+P算得）应不超过1.5kS”代替“....弯曲应力分量与薄膜应力分量相组合， 合成应力强度PL+P，不应超过1.5kSm”。 增加了附录A计算示例作为参考。 本标准由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会（SAC/TC96）提出并归口。 本标准起草单位：中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所、苏州道森钻采设备股份有 限公司、江苏苏盐阀门机械有限公司、川庆钻探工程有限公司、河北华北石油荣盛机械制造有限 公司。 本标准主要起草人：叶勇华、文志雄、李树林、肖莉、韩正海、曾钟、孟庆荣、杜珂。 II SY/T7085—2016 承压设备的设计计算 1范围 本标准适用于石油天然气工业部分承压产品和设备的设计验证。本标准中包括的这些方法适用于 当本标准作为石油天然气产品标准的引用文件时的设计，以及本标准的方法被要求或允许的零件的 设计。 增补）为基础，但包含了用于石油天然气产品的更进一步的极限值。本标准包括弹性分析、弹塑性分 析的封闭解和方法，以及有限元分析方法的指导。本方法假定延性金属材料行为，且不允许材料 缺陷。 疲劳分析不在本标准的范围内。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单），适用于本文件。 ASME锅炉和压力容器规范（2004年版，包括2005年和2006年增补）第哑卷第2册：压力容 器建造另--规则（ASMEBoilerand'pressurevessel code：2004with2005and2006addenda，Section Vll,Division2,alternativerules) 3术语、定义和符号 3.1术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1 极端条件 :extremeconditions 由于附加于操作条件下常规载荷上的规定载荷而引起的工况，这些载荷包括地震载荷、风载、波 浪载荷，见4.4.2.4。 3.1.2 严重变形 grossdistortion 产品不再能完成预期功能的变形程度。 3.1.3 总体结构不连续 gross structural discontinuity 容器形状上的改变，例如圆柱体和锥壳连接处，或圆筒体和封头连接处。 3. 1. 4 操作条件 operatingconditions 内压和外压、温度、施加于运行状态下的产品的载荷，其任一组合，不包括静水压壳体试验。 1 SY/T7085—2016 3. 1. 5 承压件 pressure-containing 预期功能的失效会导致封存流体释放到环境中的零件。 3.1.6 棘轮现象 ratcheting 由循环的热应力和/或机械应力产生的累积塑性变形。 3. 1. 7 小位移分析 small-displacementanalysis 有限元分析，其中单元的刚度计算基于它们初始未变形的几何形状。 3.1. 8 应力强度 stress intensity 基于最大剪应力失效理论，在某点的合成应力的当量强度。此应力强度是最大剪应力的2倍。 3. 1. 9 屈服强度 yield strength 工程应力，通常在此应力下材料开始塑性伸长。 3.2符号 下列符号适用于本文件。 F一 峰值应力； k--—应力强度系数，见4.4.2.4； Pb 次弯曲应力； Pf 一次局部薄膜应力； Pm 次总体薄膜应力； Q 二次薄膜应力加弯曲应力； Se 基于vonMises变形能理论的当量应力； S, 应力强度，基于Tresca最大剪应力理论的当量应力，i=I，Ⅱ，Ⅲ或IV； Sr 设计应力强度； Su 主应力，n=1，2或3； S. 试验压力下，最大许用一次总体薄膜应力强度； Sy 规定最低屈服强度； Ox，Oy，O, ，y和方向的应力分量； 剪应力； T Txy, Tye, Tgx -y-坐标系中的剪应力分量。 4 弹性分析 4.1总则 弹性分析基于材料有线性应力一应变关系的假定，不用考虑屈服或塑性行为。 4. 2 应力分量 对于弹性分析，应对应力分量进行计算、组合和与每一应力分类的极限值比较，该极限值基于与 使用的材料和应力的分类对应的设计应力强度S的倍数。 2 SY/T7085—2016 设计应力强度应为规定最小屈服强度S,的2/3，见公式（1)： S.m=2/3Sy (1) 壳体静水压试验下，最大许用一次总体薄膜应力强度S.为规定最小屈服强度的90%，见公式 (2) : S, = 0.9S, (2) ! 4.3应力组合 将应力分量组合以得出应力强度，该应力强度为三个主应力中最大主应力与最小的主应力的差 值，见公式（3)： S; = S, - Ss (3) 其中：S≥S2≥S3。 注：如果产品标准允许，vonMises当量应力方法可以用于组合应力分量，以代替本标准中规定的应力强度，见 公式（4)。 S。=/o+o, +o-ox00o,-oxo,+3(tx,+t+t) (4) 式中： 当量应力； S. 关注点的正应力分量； x，Oy，O, Txy,Tyz， Tzx 剪应力分量。 4.4应力分类 4. 4.1 总则 以下类型用于应力分类。这些类型以超出屈服强度后被加载零件的响应为基础。 4. 4. 2 一次应力 4.4.2.1总则 一次应力的基本特性是没有自限性，并且在加载中，会发生失效或者至少明显的变形。一次应力 是由机械压力、力或者力矩的作用产生的应力。一次应力既包括薄膜应力又包括弯曲应力，并且在壁 厚横截面上线性分布。一次局部应力会重新分布，使载荷作用截面的部分强化，如同在螺纹式接头中 次局部应力的重新分布。热应力不是一次应力。 4.4.2.2一次薄膜应力强度 一次薄膜应力强度计算自容器壁厚上的应力分量的平均值。根据一次薄膜应力的范围，可划分为 总体或局部。 a）一次总体薄膜应力强度S1（由P算得）：薄膜应力不会引起载荷的再分布，并且超过屈服 强度的载荷会导致失效。一次总体薄膜应力P.仅由机械载荷产生，且不包括不连续性和应 力集中区的影响。操作条件下，S1不应超过kSm。k值见4.4.2.4。壳体静水压试验时， 次总体薄膜应力强度不应超过St。 SY/T7085—2016 b）一次局部薄膜应力强度S（由PL.算得）：一次局部薄膜应力PL仅由机械载荷产生。当不是 应力集中区时，考虑不连续性。以下内容直接引用自2004年版ASME第训卷第2册附录4。 4-112 (i): “出现时，薄膜应力由压力或其他机械载荷引起，且与一次应力相联系，而且/或者，若不 加限制，在载荷传递到结构的其他部分时，结构不连续效应会引起过大的变形。尽管它具 有二次应力的某些特性，但从保守角度考虑，将这种应力分类为一次局部薄膜应力。一次 局部薄膜应力的一个实例是由在永久性支座或接管连接处的外载荷和力矩在壳体内引起的 薄膜应力。” 4-132，第二段： “如果薄膜应力强度超过1.1kS的应力作用区沿经线方向延伸的距离不大于1.0VRt，则此 应力作用区可以认为是局部的，此处R是所考虑区域中面的曲率半径，是沿中面法线方向 从回转轴至中面的距离。而t是所考虑区域的最小壁厚。一次局部薄膜应力强度超过1.1Sm 的各区域之间在经线方向的距离应不小于2.5VRt，此处R为（R，+R2）/2，t为（t，+ t2）/2，t和t2是所考虑的各自区域的最小厚度，而R，和R2是薄膜应力超过1.1S的各自区 域内中面的曲率半径，是沿中面法线方向从回转轴至中面的距离。薄膜应力强度超过1.1Sm 的各分散的一次局部薄膜应力强度区（例如那些由作用于托架