压力容器设计中开孔补强设计研究（3篇）范文

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第一篇：压力容器设计中开孔补强设计的应用

摘要：

开孔补强设计，在压力容器的设计中起到重要的作用，属于压力容器设计中不可缺少的部分。近几年，我国压力容器的发展比较快，积极落实开孔补强设计，用于处理压力容器中的各项问题，提高容器的强度，避免压力容器出现质量缺陷或性能不足。本文主要探讨几种开孔补强结构型式在压力容器设计中的应用。

关键词：

开孔补强设计；压力容器；整体锻件补强

压力容器的制造过程比较复杂，其中开孔工艺，是最为关键的工艺项目。开孔的过程中，需要确保压力容器各项功能的准确性，压力容器设计中、安装、调试时，都需要考虑开孔补强的设计，来提高压力容器的质量和性能，确保压力容器的安全性。压力容器实行开孔补强设计，能够缓解局部压力差的问题，保证压力容器的应力承受性能。

1压力容器中的开孔补强设计分析

压力容器开孔后，在壳体位置实行开孔补强设计，考虑到压力容器的承载面积，开孔的边缘位置应力会明显增加，直接削弱了强度，在应力允许值的范围中，落实开孔补强操作。压力容器的开孔，具有局部性的特征，需根据开孔的状态，选择补强设计的方法，针对压力容器的强度削弱，安排开孔补强的设计方法，根据压力容器的开孔数量、位置，落实可用的开孔补强设计方法。

2开孔补强设计在压力容器中的应用

2.1整体锻件补强

整体锻件补强是补强结构形式中的一种，促使压力容器的壳体结构，处于应力最低的状态，达到补强的作用。整体锻件补强比较注重客观条件的运用，深入研究压力容器的条件，把控壳体过渡部位的质量，实现壳体的平滑过渡，以免出现大应力过渡区[1]。压力容器设计中，根据整体锻件补强的要求，在金属作用的条件下，削弱开孔时的强势，保证壳体应力的平衡性。整体锻件补强具有良好的设计优势，注重壳体压力过渡设计的严谨性，实现平缓的过渡。整体锻件补强实现平稳的壳体过渡，不在过渡区遗留过多的集中应力，体现最佳的补强效果，提高过渡焊缝的应力。整体锻件补强，融合了压力容器的金属焊缝，按照压力容器的焊接要求，落实整体锻件补强，体现了开孔补强设计中整体锻件补强的实践价值。

2.2补强圈运用

补强圈在压力容器开孔补强设计中，属于一类局部补强的方法，结构操作简单，而且制造非常方便，具备较高的经验水平。补强圈要焊接在容器的外壁金属位置，简化操作提高补强圈的实用水平，压力容器采用外部焊接补强圈的方法，能够提高压力容器的强度、耐力值等数据，在很大程度上提高开孔补强的性能水平，在最大限度条件下，加强开孔抗压能力的控制力度[2]。压力容器设计对补强圈的运用，提出了3点注意事项：(1)控制补强圈的厚度，按照压力容器的规格、开孔，选择恰当的补强圈，补强圈的厚度，不能超出开孔处壳体壁厚的1.5倍；(2)合理选择补强圈材料，补强圈要具有延伸性、韧性、可塑性的特征，要与其所在的压力容器壳体材质相符合，在常温条件下，补强圈材质的屈服度，不能低于400MPa；(3)注意环境因素的控制，补强圈的使用，不能处于较大的温度变化范围内，避免补强圈发生氧化腐蚀，若压力容器的补强圈有氧化腐蚀的可能，则不能选用补强圈这种补强方式，避免遗漏安全问题。

2.3厚壁管补强运用

厚壁管补强在压力容器设计中，要重点考虑接管的材料，因为接管材料对压力容器的开孔补强设计有很大的影响，所以在厚壁管补强设计中，应根据压力容器的壳体性质，科学的选择材料[3]。厚壁管补强不能仅仅选择高强度的接管材料，还要注重接管的强度与压力容器壳体强度的匹配性。若厚壁管的强度过高，会导致接管补强出现性能问题，干预压力容器的结构稳定，强度过低时，需按照规范要求设计厚壁管补强，在此基础上控制接管的补强度，以便达到标准的补强值。厚壁管补强中，不能涉及到过多的工艺工序，以免影响最终的开孔补强效果。压力容器设计中对厚壁管补强的运用，必须严格把控接管材料，控制好接管材料的质量，满足压力容器的性能需求，体现厚壁管补强的实践价值。

3压力容器中开孔补强设计的改进

压力容器开孔补强设计，需根据应用状态实行。不同的开孔补强设计方法，均有对应的缺陷，如：补强圈的应力过于集中，操作技术较为传统，限制了金属补强的效果，因此在低合金高强度的钢容器中，补强圈的开孔补强设计效果最为明显。压力容器开孔补强设计改进，要根据各项开孔补强设计的方法，提出改进的建议，充分发挥开孔补强的效果，规避潜在的开孔补强误差。在压力容器开孔补强设计中，要注重改进方法的运用，完善开孔补强设计的过程，杜绝影响压力容器的开孔补强效果，维护压力容器的性能。

4结语

开孔补强设计延长了压力容器的使用寿命，提高了压力容器的质量水平。压力容器制造行业，比较注重开孔补强设计的应用，严格按照规章制度，落实开孔补强的设计过程，避免影响压力容器的使用性能。开孔补强设计的应用，解决了压力容器设计中的缺陷问题，预防压力容器在使用过程中出现安全事故，维护压力容器的安全度。

参考文献：

[1]郑小海.开孔补强设计在压力容器设计中的应用[J].轻工标准与质量,2015,03:64-66.

[2]周一飞.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].广州化工,2015,14:181-182.

[3]孙昕.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].化工管理,2016,14:196-197.

作者:车达 单位:中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院

第二篇：开孔补强设计在压力容器中的应用

摘要：

近年来，随着我国工业的发展，越来越多的压力容器已经难以满足实际生产的需要。而开孔补强设计和补强设计又是设计压力容器的关键。从补强圈、厚壁接管、整体锻件三个方面入手，就压力容器开孔补强设计的技术要点进行了总结。希望通过本文的探究，更好地促进压力容器设计水平的提升，从而在满足工业生产的同时提高企业的核心竞争力。

关键词：

补强圈；厚壁接管；整体锻件；压力容器；开孔补强；设计

压力容器在开孔补强设计中，主要是从其补强圈、厚壁接管、整体锻件方面着手。所以作为设计人员，在实际设计工作中，我们必须紧密结合所设计的工件，针对性地掌握其技术要点，才能更好地发挥其作用。

1开孔补强的重要作用分析

1）随着我国科学技术突飞猛进的发展，各行各业都取得了理想的成绩与经济效益。而压力容器作为当下化工业主要的封闭设备，其使用范围非常的广泛。为提高压力容器质量，保障其安全性能，做好压力容器设计中的开孔补强设计工作就显得尤为重要。2）为使压力容器的工作性能得到充分发挥，那么就必须进行开孔补强操作。但因为开孔补强操作性质是对压力容器本身进行开发与改造，所以在开孔补强工艺施工过程中，容易对压力容器造成破坏，使其对压力容器的强度、牢固度、整体性能造成影响。因此，为降低开孔补强对压力容器的破坏程度，在进行开孔补强设计的同时，相关设计人员必须结合开孔补强需要、压力容器材质等情况进行补强设计，使其确保开孔补强设计在压力容器中得到合理的运用，进而提高压力容器的使用性能[1]。

2应用要点

2.1补强圈

压力容器的开孔补强方法有：①整体补强；②局部补强。补强圈补强设计，主要是在压力容器表面进行补强板的焊接，从而增加即将设孔部位的厚度，确保可以正确开孔补强，并能提高压力容器的性能，如①强度；②韧性；③耐力；④抗疲劳能力等，进而实现科学补强。具体来说，首先注意补强板厚度，并合理设计补强板的厚度，预防补强板厚度超标。其次在选择补强板时，应确保补强板材质具有较强的性能，尤其是其延伸性和韧性以及可塑性。需要注意的是，当压力容器温度变化幅度较大，且易发生腐蚀与氧化的问题时，为防止对补强板的金属造成不利影响，不能采取补强圈补强设计方法，预防压力容器的补强质量受到影响。

2.2厚壁接管

厚壁接管补强设计方法也是压力容器开孔补强的方法之一。为提高厚壁接管补强效果，首先在选料时，主要考虑其壳体材料性质与压力容器使用环境。换言之，厚壁接管开孔补强选用的材料，需与压力容器壳体材料相同或类似，这样才能为金属性能提供良好的协调作用。而当厚壁结构开孔补强中采用的补强材料比压力容器壳体材料的性质低时，工作人员可适当的增加补强面积，防止预防应力不足问题的发生。但当补强材料比压力容器壳体的应力高时，则需要适当的缩小补强面积，从而保证应力性能可以互相协调。其次，因为压力容器开孔补强操作会造成开孔补强边缘的局部应力上升，所以在进行厚壁接管开孔补强时，应在离开孔补强边缘较远的位置区域进行补强，这样才能确保压力容器的应力保持在正常范围内。另外，为使补强材料的性能得到充分发挥，在焊接补强材料时应在开孔补强周围高应力位置进行厚壁接管的焊接，确保其在有效的补强范围内。而针对于补强范围的计算，可根据补强范围内多余面积，对补强面积进行计算，这样才可提高补强范围的有效性，进而增强压力容器开孔补强应用水平。

2.3整体锻件

因为在应用整体锻件开孔补强方法时，会出现压力容器壳体的应力水平下滑的现象，使其无法产生新的压力点，所以可有效的提高压力容器壳体的抗压能力、韧性、强度、牢固度等。不过整体锻件补强与壳体磨合比补强圈补强更加得困难。所以，应确保壳体与整体锻件可以顺利磨合，这样才能防止磨合期间造成压力容器壳体局部产生应力集中的问题。其次，整体锻件补强方法对焊接技术也有着更高的要求，这样不仅会增加焊接的难度，也会增加成本，所以整体锻件开孔补强方法，一般只在设计精度较高或压力容器使用环境恶劣的情况下应用。而在实施整体锻件开孔补强方法过程中，当应力强度值较低时，接管的上端应尽量远离开孔补强位置，这样才能使整体锻件补强的弯曲应力强度提升，提升膜应力的强度。其次，因为接管与封头接近简体的位置有一处应力集中点，所以在接管与封头焊接处接管壁厚方向区域，整体锻件补强应力最低，但其他路径上应力强度值均比较大。因此，为提高压力容器整体锻件补强效果，可采用内伸接管补强的方法，来降低其他路径上应力强度值，这样不仅可以提高压力容器开孔补强效果，同时还能保障压力容器使用性能。总而言之，无论采用哪种开孔补强方法，设计人员都需根据压力容器的相关标准与要求进行开孔补强，这样才能提高开孔补强的质量，延长压力容器使用年限，提高压力容器使用性能。

3结束语

综上所述，压力容器的设计离不开开孔补强设计工作，因为其是促进压力容器使用性能发挥的重要举措。所以我们必须科学、合理地确定开孔补强方法，才能有效地避免安全事故的发生，优化压力容器的使用性能。

参考文献：

[1]臧少锋.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2016，（01）：220.

作者:冯浩 单位:中国石油集团东北炼化工程有限公司锦州设计院

第三篇：开孔补强设计在压力容器设计中的作用

摘要：

本文以压力容器设计作为研究主题，探讨开孔补强设计在压力容器设计中的应用及相关问题。首先对压力容器设计进行了简要概述；主要介绍了设计应用中的基本要求，分析了补强圈补强、厚壁接管补强、整体锻件补强设计在压力容器设计中的具体应用。希望能够通过本文初步论述可以引起更多的关注与更为广泛的交流，从而为该方面的理论研究工作与实践应用工作提供一些有价值的信息，以供参考。

关键词：

开孔补强；压力容器；设计应用

压力容器的设计制造过程比较复杂，尤其是容器壁的开孔是必要的制造环节，也是满足各种功能的具体需要，比如安装接管的应用、开孔等不仅能够为后期的保养、维修提供便利，也能够进一步满足安装、调试方面的具体要求，比如，整体结构强度、承受压力方面的调解等。另一方面，高温高压环境对于压力容器的影响较大，再加上材料方面的缺陷或者制造工艺不完善等，均会造成极大的损害，尤其是在开孔处发生问题的情况最易发生，为了克服这些问题，提高其应有的安全性，应该对开孔补强设计进行深入的研究分析，以寻找解决的具体方法。

1补强圈补强设计的应用

首先，在压力容器开孔补强设计方面的手段之一是局部补强，在应用方面以补强圈补强设计为准，应用也比较广泛；具体方法是，焊接补强板，重点在于对压力容器壁、开孔处容器壁的有效把握，即保证金属厚度，满足金属开孔边缘强度，最终达到补强的目标；需要注意的是，外部补强操作与内部补强操作的难度系数小、可操作性强，所以，一般情况下，以外部的补强为主，根据实验与经验比较，的确能够强化抗疲劳强度。其次，按照补强的要求，在补强操作中，补强板应该满足设计厚度要求，尽量控制在开孔处名义厚度的1.5倍以内，以便减少焊接角，降低不连续应用发生的可能性；在材料方面，补强板应该保证在材料的塑性方面、延展性方面满足标准，具体是屈服强度ReL在常温状态下，小于400MPa；另一方面，在不同环境下，如腐蚀性强、氧化性强、温差大、承受荷载变化较大的情况下，不宜采用此方式进行补强。

2厚壁接管补强设计的应用

首先，厚壁接管补强与局部补强一样，也是压力容器设计中的主要手段或方法，它的要点在于材料的选择方面，因为，厚壁接管补强设计要求在补强材料方面，与压力容器壳体材料保持一致性，否则会降低金属性，也会影响到其强度水平。而且，在国家规定的标准要求方面，开孔、开孔补强的面积、接管有效补强面积均有明确的规定；通常情况下，对于强度系数大于1.0时，均取1.0；它的具体来源在于设计温度下接管材料/壳体材料许用应力。其次，需要注意的是，材料应该确保同等级，因为实践经验表明，即使厚壁接管材料优于壳体材料，不仅不会增加强度，反而会起到适得其反的效果；所以，整体上看，更不利于整体补强结构的性能；所以，根据以上两点可以清晰的认识到，在选取材料时，应该以壳体材料为准，或者说以线材壳体等相同强度的材料即可；另一方面，若选择比壳体材料较低标准的材料，那么在焊接过程中，它的接管流通面积又会受到影响，所以，也不利于补强设计，因而，整体上看，应该选择的厚壁材料应该与母材壳体材料相一致，才能满足厚壁接管补强设计要求。

3整体锻件补强设计的应用

整体补强多用于要求高的容器，若局部补强不适合开孔补强，也会选择整体补强。从开孔补强设计方面分析，重点在于对开孔所致的强度削弱进行补强，以减少新的应用集中问题发生；根据一般原理可知，在同等条件下，整体锻件补强能够达到降低壳体应力水平的目的，而且，能够达到减少应力的最大值，且不会产生新应力大点，这是它的优势；所以，与前两种补强设计的应用比较而言，整体锻件的补强效果最为显著。其次，虽然整体锻件补强设计在压力容器设计中的应用效果非常明显，但是，由于它与壳体过渡要求相比，仍然需要非常严格的标准控制，比如，在过渡方面，应该保证平缓性，其目的在于对可能性的壳体一侧生成应力集中进行避免；另一方面，在焊接过程中，对于焊缝的标准要求也非常高，要求无沙眼，连续性强；所以，与前两种补强设计的相对而言，它的加工制造过程也相当严格，难度也最大，成本也更高，因此，一般情况下对其应用较少，然而，当遇到一些设计精度、环境较为恶劣的情况下，多以整体锻件补强设计的应用为准，从而减少前两种方法的不足。

4结语

总之，为了延长压力容器的寿命，开孔补强设计是必要的手段之一，而且，开孔补强设计的质量对其寿命具有决定性的作用；通过上文分析可以看出，开孔补强设计有几大方面的应用，所以，在具体的应用过程中，应该注重不同设计的区分，并且严格按照相关的规章制度、工艺流程进行细致的工作，从而减少诸多问题的发生，以保障其应用中的安全性、可靠性，提高压力容器的使用年限等。

参考文献：

[1]田华.压力容器大开孔补强设计的压力面积法与ASME法的分析比较[J].压力容器,2015(3).

[2]薛明德,黄克智,李世玉等.GB150-2011中圆筒开孔补强设计的分析法[J].化工设备与管道,2015(3).

[3]陈学东,崔军,章小浒等.我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望[J].压力容器,2014(12).

[4]孙英学,杜娟,卢岳川等.设计瞬态和疲劳损伤对反应堆压力容器设计寿命的影响分析[J].核动力工程,2015(3).

[5]刘亚明.压力容器设计过程中的常见问题及防范对策探究[J].科技风,2016(19).

作者:张春萍 单位:浙江巨化装备制造有限公司