Tryckkärl (ej eldberörda) Unfired pressure vessels

Transkript

1 SVENSK STANDARD SS-EN 13445/C17:2006 Fastställd Utgåva 1 Tryckkärl (ej eldberörda) Unfired pressure vessels ICS Språk: svenska Publicerad: oktober 2006 Copyright SIS. Reproduction in any form without permission is prohibited.

2 Europastandarden EN 13445:2002/C17:2006 gäller som svensk standard. Detta dokument innehåller den svenskspråkiga versionen av EN 13445:2002/C17:2006 och berör SS-EN The European Standard EN 13445:2002/C17:2006 has the status of a Swedish Standard. This document contains the Swedish language version of EN 13445:2002/C17:2006 and concern SS-EN Upplysningar om sakinnehållet i standarden lämnas av SIS, Swedish Standards Institute, telefon Standarder kan beställas hos SIS Förlag AB som även lämnar allmänna upplysningar om svensk och utländsk standard. Postadress: SIS Förlag AB, STOCKHOLM Telefon: Telefax: E-post: sis.sales@sis.se. Internet:

3 Sida 5 EN :2002/C17:2006 EN Förord Detta dokument (EN :2002, EN :2002/A4:2005 och EN :2002/A5:2006) är utarbetat av den tekniska koittén CEN/TC 54 "Unfired pressure vessels", där sekretariatet ligger hos BSI. EN :2002 skall ges status av nationell standard, antingen genom publicering av en identisk text eller genom ikraftsättning senast november 2002, och motstridande nationella standarder skall upphävas senast november EN :2002/A4:2005 skall ges status av nationell standard, antingen genom publicering av en identisk text eller genom ikraftsättning senast januari 2006, och motstridande nationella standarder skall upphävas senast januari EN :2002/A5:2006 skall ges status av nationell standard, antingen genom publicering av en identisk text eller genom ikraftsättning senast augusti 2006, och motstridande nationella standarder skall upphävas senast augusti Detta dokument har utarbetats under ett mandat till CEN från EG-koissionen och EFTA och stöder grundläggande säkerhetskrav i EG-direktiv 97/23/EG. Den informativa bilagan ZA, som är en integrerad del av detta dokument, beskriver sambandet med EGdirektiv. I denna standard är bilagorna A, B, C, E, F, G, J, P och Q normativa och bilagorna D, H, I, K, L, M, N och O informativa. Denna Europastandard består av följande delar: Del 1: Allmänt Del 2: Material Del 3: Konstruktion Del 4: Tillverkning Del 5: Kontroll och provning Del 6: Konstruktions- och tillverkningskrav för tryckkärl och tryckbärande komponenter av segjärn CR , Tryckkärl (icke eldberörda) Del 7: Vägledning för användning av procedurer för fastställande av överensstäelse Enligt CEN/CENELECs interna bestäelser skall följande länder fastställa denna Europastandard: Belgien, Cypern, Danmark, Estland, Finland, Frankrike, Grekland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Nederländerna, Norge, Polen, Portugal, Rumänien, Schweiz, Slovakien, Slovenien, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland, Ungern och Österrike.

4 Sida 6 EN :2002/C16: Omfattning Denna del av denna Europastandard anger krav på konstruktion av icke-eldberörda tryckkärl som täcks av EN :2002 och är tillverkade av stål enligt EN :2002. EN :2002, bilaga C anger krav på konstruktion av åtkomst- och inspektionsöppningar, stängningsmekanismer och speciella låselement. ANM. Denna del avser beräkning och konstruktion av kärl innan de tas i drift. Med tillämpliga ändringa kan den användas för beräkningar och analyser under drift. 2 Normativa hänvisningar Denna Europastandard inkorporerar genom daterade eller odaterade hänvisningar bestäelser från andra nedan förtecknade publikationer. Dessa normativa hänvisningar anges på de platser i texten där bestäelserna skall tillämpas. För daterade hänvisningar gäller senare publicerade tillägg, ändringar eller reviderade utgåvor vid användning av denna Europastandard endast när de har inkorporerats i denna genom tilllägg, ändring eller reviderad utgåva. För odaterade hänvisningar gäller senaste utgåvan (inklusive tillägg). SS-EN 286-2, utg. 1, Enkla, ej eldberörda tryckkärl avsedda att innehålla luft eller kväve Del 2: Tryckkärl för luftbroms- och tillhörande system på motorfordon och deras släpfordon SS-EN 288-8, utg. 1, Specifikationer för och godkännande av svetsprocedurer för metalliska material Del 8: Godkännande genom utfallssvetsning pren 764-1:2001, Pressure equipment Terminology Part 1: Pressure, temperature, volume, nominal size SS-EN 764-2, utg. 1, Tryckbärande anordningar Del 2: Storheter, symboler och enheter SS-EN 764-3, utg. 1, Tryckbärande anordningar Del 3: Definition av inblandade parter SS-EN 1092, Flänsar och deras förband Runda flänsar för rör, ventiler, rördelar och tillbehör, PN-betecknade SS-EN , utg. 1, Rörflänsar Flänsförband Konstruktionsregler för cirkulära flänsförband med packning SS-EN , utg. 1, Svetsning Svetsförband i stål Del 1: Trycksatta komponenter SS-EN ISO 4014, utg. 1, Fästelement Delgängade sexkantskruvar Produktklasserna A och B (ISO 4014:1999) SS-EN ISO 4016, utg. 1, Fästelement Delgängade sexkantskruvar Produktklass C (ISO 4016:1999) SS-ISO 261, utg. 1, Metriska ISO-gängor för allmän användning Generalplan 3 Termer och definitioner För denna del av denna Europastandard ges termer och definitioner i EN :2002, EN :2002 och följande: 3.1 last påtryckt termomekanisk påverkan som förorsakar spänning och/eller töjning i en struktur, t ex pålagt tryck, kraft, temperatur 3.2 beräkningstjocklek effektiv tjocklek tillgänglig för att motstå lasterna i korroderat tillstånd 3.3 antagen tjocklek tjocklek antagen av konstruktören mellan minsta erforderliga manteltjocklek e och mantelns beräkningstjocklek e a

5 Sida 77 EN :2002/C17:2006 EN Symboler a Symbol Beskrivning Enhet Avstånd längs mantelns medellinje mellan centrum av ett hål och ytterkanten av en stuts eller en ring; eller, om ingen stuts eller ring används, är a avståndet mellan hålets centrum och dess innerdiameter. a 1, a 2 Värden på a på ligamentsidan av hålen (se fig och 9.6-3). a 1, a 2 Värden av a på motsatt sida (mot ligamentsidan) av hålen (se fig 9.6-5). Af Spänningsbelastad tvärsnittsarea som är effektiv som förstärkning. 2 Af Ls Af i manteln längs längden L b (se fig ). 2 Af Os Af i manteln längs längden L b1 (se fig och ). 2 Af w Tvärsnittsarea hos kälsvets mellan stuts (eller plåt) och mantel (se och fig och 9.5-1). Ap Tryckbelastat område. 2 Ap Ls Ap i manteln längs längden L b (se fig ). 2 Ap Os Ap i manteln längs längden L b1 (se fig och ). 2 Ap ϕ Tillkoande tryckbelastat område för sned stuts, en funktion av vinkeln ϕ (se fig ). d Diametern (eller största bredden) på ett hål utan stuts. d eb Ytterdiametern på en stuts d ib Innerdiametern på en stuts d ip Innerdiametern på en plattförstärkning d er Ytterdiametern på en ringförstärkning d ir Innerdiametern på en ringförstärkning d ix Ytterdiametern på ett utkragat hål D c D e D i e 1 e 2 e b e a,b Medeldiametern hos en cylindrisk mantel vid anslutningen mot en annan komponent. Ytterdiametern hos en cylindrisk eller sfärisk mantel, hos den cylindriska rakdelen på en kupad torosfärisk eller elliptisk gavel, eller hos en konisk mantel vid centrum av ett hål. Innerdiametern hos en cylindrisk eller sfärisk mantel, hos den cylindriska rakdelen på en kupad torosfärisk eller elliptisk gavel, eller hos en konisk mantel vid centrum av ett hål. Minsta erforderliga tjocklek på en cylindrisk mantel vid anslutningen mot en annan komponent (se fig och ). Minsta erforderliga tjocklek på en konisk mantel vid anslutningen mot en cylindrisk mantel (se fig och ). Effektiv tjocklek på stuts (eller medeltjocklek inom den utvändiga längden l bo eller invändiga längden l bio ) för beräkning av förstärkningen. Beräkningstjocklek för stuts (eller medelberäkningstjocklek inom längden l b utanför eller innanför manteln ). e a,m Medeltjocklek längs längden l o för förstärkningsringar (se ekvation (9.5-47) ) 2 2

6 Sida 78 EN :2002/C16:2005 Symbol Beskrivning Enhet e c,s Antagen tjocklek hos mantelväggen, se ekvation (9.5-2), för kontroll av en hålförstärkning. Konstruktören kan välja mellan minsta erforderliga manteltjocklek e och mantelns beräkningstjocklek e a,s. Denna antagna tjocklek skall då användas konsistent i alla jämförelser. ANM. Mantelns beräkningstjocklek kan alltid användas som e c,s, men ibland kan det vara fördelaktigare att antaga ett mindre värde för att få mindre avstånd från intilliggande manteldiskontinuiteter. e p Plattförstärkningens effektiva tjocklek för beräkning av förstärkning. e a,p Plattförstärkningens beräkningstjocklek. e r Ringförstärkningens effektiva tjocklek för beräkning av förstärkning. e a,r Ringförstärkningens beräkningstjocklek. e a,s e' s Mantelväggens beräkningstjocklek eller medelberäkningstjocklek inom längden l s. Tjockleken hos eventuell plattförstärkning skall inte räknas med. Längd av instick av stuts i mantelvägg för insvetsade stutsar med partiellt instick. f b Nominell beräkningsspänning för stutsmaterialet MPa f p Nominell beräkningsspänning för plattförstärkningsmaterial MPa f s Nominell beräkningsspänning för mantelmaterial. MPa h Invändig höjd på kupad gavel, utom cylindrisk rakdel. k Reduktionsfaktor för l so (används för totalkontroll i 9.6.4). l b Stutslängden utanför manteln. l' b Stutsens effektiva förstärkningslängd utanför manteln l bi Stutslängden inuti manteln (d v s genomgående stuts) l bi Stutsens effektiva förstärkningslängd inuti manteln l bo Stutsen största längd utanför manteln för förstärkning l cyl l con l n Längd av cylindrisk mantel från ekvation (9.7-3), som används i bedömningen av en anslutning (se fig 9.7-6) mellan en cylinder och: lilländen av en konisk mantel med saa axel; en sfärisk mantel konvex mot cylindern; en cylindrisk mantel med konvergerande axel. Längd av konisk mantel från ekvation (9.7-7) som används i bedömningen av en anslutning mellan konens lillände och en cylindrisk mantel, (se fig 9.7-6). Avstånd mellan centrumlinjen av en stumsvets i en mantel och centrum av ett hål intill eller genom denna stumsvets. l o Maximal förstärkningslängd av ring och mantelvägg i ringförstärkningar l p Plattförstärkningens bredd. l pi Plattförstärkningens bredd mellan två närliggande hål (fig 9.6-5). l p l r l r l s l s Plattförstärkningens effektiva förstärkningsbredd. Ringförstärkningens bredd. Ringförstärkningens effektiva förstärkningsbredd. Längd i mantel, från kanten av ett hål eller från ytterdiametern hos en stuts, till diskontinuitet i manteln. Effektiv längd i mantel för hålförstärkning.

7 Sida 79 EN :2002/C17:2006 EN l so L b Symbol Beskrivning Enhet L b1 Största längd i mantel, som bidrar till hålförstärkning, räknad längs mantelväggens medelyta. Centrumavstånd mellan två hål eller stutsar räknat längs mantelväggens medelyta (se fig 9.6-2). Längd av tvärsnittsyta i mantel inklusive hela ytan av två närliggande hål räknad längs mantelytan. r is Invändig krökningsradie hos manteln vid hålcentrum. R Invändig radie i en halvsfärisk gavel eller i kupolen i en torosfärisk gavel. w Avstånd mellan ett hål och en manteldiskontinuitet (se fig ). w min Erforderligt minimivärde för w. w p Minimivärde för w när l s inte påverkas av en manteldiskontinuitet α Halva toppvinkeln i en konisk mantel. grader θ ϕ ϕ e Φ Ω För en stuts med en längdsvets, vinkeln mellan det plan som innehåller stutsaxeln och längdsvetsen och det plan som innehåller stutsaxeln och den mantelgeneratris som går genom hålcentrum. Lutningsvinkeln i längd- eller omkretstvärsnittet, mätt mellan normalen till väggen vid hålets centrum och projektionen av stutsaxeln på det betraktade tvärsnittet Projektion av ϕ på det plan som L b ligger i, används för ligamentskontroll av multipla hål. Vinkeln mellan centrumlinjen mellan två hål eller stutsar och generatrisen i en cylindrisk eller konisk mantel (0 Φ 90 ) (se fig 9.6-1). för enstaka hål, vinkeln mellan mantelgeneratrisen och axeln med största diameter för närliggande hål, vinkeln mellan planet innehållande hålens centrum och axeln med största diameter. grader grader radianer grader grader 9.4 Allmänt En mantel, som innehåller ett hål skall vara tillräckligt förstärkt i området intill hålet. Denna förstärkning skall kompensera för minskningen av den tryckbärande sektionen. Förstärkningen skall erhållas genom endera av följande metoder: a) ökning av mantelns väggtjocklek över vad som erfordras för en mantel utan hål (se fig och 9.4-2); b) användning av en plattförstärkning (se fig och 9.4-4); c) användning av en ringförstärkning (se fig och 9.4-6); d) ökning av stutsens väggtjocklek (se fig och 9.4-8) över vad som erfordras för membranspänningen från trycket; e) en kombination av ovanstående metoder (se fig ) Dimensionerna av förstärkningsarean vid ett hål skall antagas och konstruktionen skall verifieras med metoden i efterföljande underavsnitt. Metoden är baserad på att kontrollera att den motkraft, som materialet kan ge, är större än, eller lika med, trycklasten. Den förra är suan av produkten av membranspänningen i varje komponent och dess spänningsbelastade tvärsnittsyta (se fig ). Den senare är suan av produkten av trycket och de olika tryckbelastade tvärsnittsareorna. Om förstärkningen är otillräcklig, skall den ökas och beräkningen upprepas.

8 Sida 80 EN :2002/C17:2006 Förstärkning och hållfasthet kan variera runt hålets axel. Förstärkningen skall visas vara tillräcklig i alla plan Beräkningsmetoden kan tillämpas när hålets avstånd från en manteldiskontinuitet inte underskrider ett visst minimiavstånd. Detta minimiavstånd skall bestäas enligt Elliptiska eller avlånga hål Ett elliptiskt eller avlångt hål, bildat av en cirkulär stuts som lutar i förhållande till mantelväggen skall beräknas enligt För andra elliptiska eller avlånga hål får förhållandet mellan storaxel och lillaxel inte överstiga Elliptiska eller avlånga hål förstärkta med ökad mantelväggtjocklek, plattförstärkning eller ringförstärkning (se a), b) eller c) ) I cylindriska eller koniska mantlar skall håldiametern d för förstärkningsberäkningar mätas: längs mantelns generatris för ett isolerat hål i det plan som innehåller hålens centrum I sfäriska mantlar och kupade gavlar skall håldiametern d mätas längs hålets största invändiga dimension (storaxel) för ett isolerat hål i det plan, som innehåller hålens centrum Hål förstärkta av elliptiska eller avlånga stutsar vinkelräta mot mantelväggen (se d) I cylindriska eller koniska mantlar skall håldiametern d beräknas på följande sätt: 2 dmax ( dmin + dmax ) 2 d = dmin (sin Ω + cos Ω ) (9.4-1) d 2 d min min där d max och d min är hålets stor - och lillaxlar, och Ω är : för enstaka hål vinkeln mellan den mantelgeneratris som går genom hålets centrum och hålets storaxel för intilliggande hål, för varje hål vinkeln mellan den kortaste linjen på mantelytan mellan de båda hålens respektive centrum och den linje som bildas på manteln av skärningen med det plan som definieras av stutsaxeln och storaxeln i det betraktade stutstvärsnittet I sfäriska mantlar och kupade gavlar skall håldiametern d beräknas på följande sätt: d dmin + dmax = dmax ( ) (9.4-2) 2 d min där d max och d min definieras ovan. Diametern för beräkning av värdet l bo i ekvation (9.5-75) definieras i ANM. För stutsar med elliptisk eller avlång tvärsektion producerar trycket inte bara membranspänningar, utan också böjspänningar i omkretsriktningen. Alltså måste mantelväggen på ena sidan och den anslutande flänsen eller cirkulära röret på andra sidan stöda stutsen om dess väggtjocklek har bestämts bara med hänsyn till membranspänningar. Stutsen belastar manteln och det är möjligt att den diameter som gäller för den elliptiska eller avlånga stutsen är större än storaxeln.

9 Sida 81 EN :2002/C17:2006 EN För elliptiska eller avlånga stutsar, som inte är vinkelräta mot mantelväggen gäller inte , utan skall användas utan hänsyn till stutsväggens bidrag vid beräkning av förstärkningen Diameterbegränsningar Mantelförstärkta hål Mantelförstärkta hål utan stuts skall uppfylla nedanstående villkor: d 2r is 0,5 (9.4-3) Hål med plattförstärkning När ett hål är försett med en plattförstärkning, med eller utan stuts, skall ekvation (9.4-3) vara uppfylld. Plattförstärkningar är normalt placerade på mantelns utsida, men de kan också placeras på insidan eller på både ut- och insida. Vid hög medeltemperatur i mantelväggen (mer än 250 C) eller vid stora temperaturgradienter genom manteln, skall plattförstärkningar undvikas; och om sådana måste användas skall materialet i plattförstärkningen vara av saa materialkvalitet som manteln, och speciella åtgärder skall vidtagas och varningar utfärdas för att undvika termiska spänningskoncentrationer; Hål i kupade gavlar För hål i sfäriska mantlar och kupade gavlar, får förhållandet d / D e inte överstiga 0,6. Vid hål som är förstärkta med stuts eller ringförstärkning får därför d ib /D e och d ir /D e inte överstiga 0, Hål med stutsar För hål i cylindriska mantlar förstärkta med stutsar får förhållandet d ib / (2r is ) inte överstiga 1.0 (se fig och ) Stutsars effektiva tjocklek I utmattningsapplikationer (dvs. när hålet är ett kritiskt område enligt definition i avsnitt 17) Förhållandet e b /e a,s får inte överstiga värdet i diagram och värdet på e b får inte överstiga värdet på e a,b. Stutstjocklek utöver den som erhålles ur diagram får inte tas med vid beräkningen av förstärkningen. Dessutom får förhållandet e a,b /e a,s inte överstiga värdet i diagram ANM.e b är den effektiva tjocklek hos stutsen, som skall användas för att kontrollera förstärkningen; e a,b är stutsens beräkningstjocklek; förhållandet e b /e a,s begränsar stutsens bidrag till hålförstärkningen; förhållandet e a,b /e a,s begränsar stutsens beräkningstjocklek och därmed dess tillverkningstjocklek för att begränsa de spänningar som kan uppstå på grund av stora tjockleksskillnader och undvika resulterande utmattningsproblem I krypapplikationer (dvs. när beräkningstemperaturen ligger inom krypområdet) Den effektiva tjockleken e b kan sättas till stutsens beräkningstjocklek e a,b. Förhållandet e a,b /e a,s får dock inte överstiga värdet i diagram

10 Sida 82 EN :2002/C17: I applikationer utan krypning och utan utmattning (dvs. när beräkningstemperaturen ligger utanför krypområdet och hålet inte är ett kritiskt område enligt avsnitt 17) Den effektiva tjockleken e b kan sättas till stutsens beräkningstjocklek e a,b och inga begränsningar gäller för förhållandet e a,b /e a,s Anslutningar mellan stutsar och mantel Stutsanslutningar är vanligtvis av något av följande slag: svetsad (insvetsad, utanpåställd, instickande), utkragad eller gängad. För svetsade stutsar kan stutsens tvärsnittsarea alltid räknas med i hålförstärkningen, förutsatt att svetsdimensionerna uppfyller kraven i tabell A-6 och A-8 i bilaga A. För stutsar, som är utkragade från manteln, skall stutsens tvärsnittsarea räknas med i förstärkningen, förutsatt att kraven i är uppfyllda. För gängade stutsar får stutsens tvärsnittsarea inte räknas med i hålförstärkningen Avstånd mellan en stuts och en stumsvets i manteln Avståndet mellan medellinjen hos en stumsvets (längd- eller rundsvets) i manteln och hålets centrum skall antingen vara mindre än d ib /6 eller större än värdet l n, som fås ur: l n = min (0,5 d eb + 2e a,s ; 0,5 d eb + 40) (9.4-4) Figur Cylindrisk mantel med enstaka hål och ökad väggtjocklek

11 Sida 83 EN :2002/C16:2005 EN Figur Sfärisk mantel eller kupad gavel med enstaka hål och ökad väggtjocklek Figur Cylindrisk mantel med enstaka hål och plattförstärkning Figur Sfärisk mantel eller kupad gavel med enstaka hål och plattförstärkning