ICS 75. 180. 10 E 92 备案号：53499—2016
SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T 7085--2016
承压设备的设计计算
Design calculations for pressure-containing equipment
2016一06一01实施
2016一01一07 发布
国家能源局 发布 SY/T 7085—2016
目 次
前言
I
范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义和符号
弹性分析 5 特殊应力的考虑 6 非线性分析
4
报告结果附录A（资料性附录） 阀体和油管头四通的设计让算参考文献
7
2 1
I SY/T 7085—2016
前言
本标准按照GB/T1.【--2()"）《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PIStd6X：2014的差异及其原因如下：
由于符号Pm·P，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S」， S·Sm表示相应类型的应力强度．具体修改如下：
·用公式（5）"Su≤1.5kSm”代替 APIStd 6X：20I4公式（5）P,≤1、5kS,"; ·用公式（6）“Sm≤1.5kS”代替 API Std 6X：2014公式（6）"P,P,≤1.5kSm”; ·用公式（7）“S,≤1.2S.″代替 API Std 6X：2014公式（7）"Pm≤1.2Sm”; ·用公式（8）“S1.8S..”代替 API Std 6X：2014公式（8）P,≤1.8S.."; ·用公式（9）"Sm≤1.8Sm”代替API Std6X：2014 公式（9）Pl.Pl,≤1.8S"。 基于同样的理由．对正义多处作了修改，主要如下： ·在4.4.2.2）中．用“一次总体薄膜应力强度S，”代替"一次总体薄膜应力强度Pm”、用 “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”； ·在4.4.2.2b）中，用“一次局部薄膜应力强度S”代替“一次局部薄膜应力强度P,”、用 “一次局部薄膜应力P,仅机械载荷产生”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（PLP.），合成应力强度Sm（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纠合
合成应力强度P.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。
[ SY/T 7085—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。本标准中包折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。
本标准以ASME锅炉和压力容器规范第卷第2附录（200)4年版．包括2005年和2006年增补）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．仅注山期的版本适用丁本文件。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200)6年增补）第训卷第2册：压力容器建造另-规则 （ASME Boiler andl pressure vessel code: 200 with 2005 and 2006 addenda. Section Vl . Division 2, alternative rules)
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 Fextreme conditions 由于附加于操作条件下常规载荷上的规定载荷雨引起的工况．这些载荷包括地震载荷、风载、波
浪裁荷、见 4.4.2.。 3. 1. 2
严重变形 gross distortion 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 卖 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 F operating conditions 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/T 7085—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-displacement analysis 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 iniensity 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 峰值应力； k- 应力强度系数．见4.4.2.4： P. -一次弯曲应力; P 一次局部薄膜应力； P.m 一次总体薄膜应力： Q- 二次薄膜应力加弯曲应力； S.- 基于von Mises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; Sm 设计应力强度； S, 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； S. 规定最低属服强度： OxOy:Oy ，和方向的应力分量；
剪应力； Txy Tyex
T-
一-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/T 7085—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）：
Sm= 2/3S
(1)
壳体静水压试验下．最大许用一次总体薄膜应力强度S,为规定最小屁服强度的%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. - S.
(3)
其中：S.≥S.≥S. 注：如果产品标准允许：vonM1sC当量应力方法可以用于组合应力分量：以代替本标雅中规定的应力强度、见
公式（4)。
S.= Voi o o-gv0. -0.0, -a.0, 3(ttx)
()
式中: S.-当量应力; d.Io,. o, 关注点的正应力分量：
剪应力分量。
Tx T, I
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，如同在螺纹式接头巾一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S，（由P算得）：薄膜应力不会引起载荷的再分布，并且超过届服
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巾区的影响。操作条件下．S，不应超过S。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S.
3 SY/T 7085—2016
4.4.3二次应力
二次应力Q是由相邻零件的约束或结构自身约束而产生的，并且屈服会使应力在幅度上减小。 一个载荷循环能引起局部屈服和应力重分布，但不会导致失效或严重变形。
二次应力是发生于总体结构不连续处的薄膜加弯曲应力．来自总体热应力、来自机械预载荷工况．或来自这些来源的组合。
对任何试验或者操作条件．二次应力的变动△Q不应超过3S，·见公式（10）：
AQ≤3.Sml
([0)
4.4.4峰值应力
峰值应力F是由应力集中或不会引起显著变形的其他来源添加的应力增量。这样的来源包括膨胀系数与基体材料不同的涂覆层中的热应力；瞬时的热应力，或者热应力分布的非线性部分。对峰值应力仅关注其可能引起疲劳断裂或脆断的萌生。
在疲劳分析中可能会用到包括峰值应力的全部应力：这超出了本标准的范围。 注：疲劳分析的方法列人2004年版ASME第训卷第2册附录5。
5特殊应力的考虑
5.1温度效应
如果内部额定温度超过121℃（250)°F）：应使朋书面化程序来考虑温度对材料机械性能的影响。 注：APISpec6A提供了高温下材料试验的指导和用这些获得的数据进行设计的指导。也可考虑零件间的间隙和
干涉处的热膨胀影响。
5.2支承应力
如果在支承载荷邻近处的拉应力和剪应力在可接受的限定值内，支承应力允许超过材料的屈服强度。当支承载荷作用于有自由端的部分时，应考虑剪切失效的可能性。 5.3纯剪切
在纯剪切中（例如键、抗剪环或者螺纹），设计条件下的载荷作用横截面上的平均一次剪应力ta 应不超过（).6Sm，见公式（11）：
t.≤0.6S.
(11)
承受扭力的实心圆截面外圆周处的最大-次剪应力max应不超过（).8Sm·见公式（12）：
Tmax≤0.8S.
(12)
对于静水压试验条件，平均一次剪应力t,应不超过().6S，见公式（13）：
t≤0.6S.
(13)
作为替代，生产商在设计中应规定与可接受的工程作法一致的方法。 5.4非整体连接的扩展性变形
螺帽、丝堵、环状抗剪锁紧装置、栓状锁紧装置、卡箍和活接头是非整体连接的例子，这些连接
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