开孔补强设计在压力容器设计中的应用范文

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摘要：本文首先对开孔补强设计进行了简要概述，并对开孔补强设计在压力容器设计中的实际应用进行了详细分析，最后对开孔补强设计在压力容器设计中应用的注意事项展开了探讨。

关键词：开孔补强设计；压力容器设计；应用

1开孔补强设计概述

1.1开孔补强结构

在将开孔操作应用于压力容器后，容器的抗压强度在开孔周围中不可避免的会有所降低，而在对其提升的过程中，就形成开孔补强结构。在不同的施工环境中，压力容器的制作通常可以对多种材质材料进行应用，此时必须将多种小孔预留在外壁上，在这一过程中，会导致整体抗压强度在压力容器中有所降低，而此时各种问题也将在使用压力容器的过程中产生，其使用的时间也将被缩短[1]。

1.2开孔补强设计计算

在设计开孔补强的过程中，设计质量会受到应力、补强方法等的影响，与此同时，另一个重要的影响因素就是开孔补强设计计算。A1＋A2＋A3≥A是主要的设计方法。其中，壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积用A1来表示；而接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积用A2来表示；在焊接补强区的过程中，会因为焊接而产生焊缝截面积，这一面积就用A3来表示；而开孔过程中，压力容器在开孔处削弱所需的补强面积用A来表示[2]。因此，从上述公式中可以发现，补强是压力容器设计中的关键环节之一，同时在对补强设计确定的过程中，也应从多个角度出发展开分析和计算。

2开孔补强设计在压力容器设计中的应用

2.1在压力容器中补强圈补强设计的应用

在对补强圈补强设计进行应用的过程中，应注意补强圈的适用范围。补强圈的适用范围如下：容器的设计压力需小于6.4MPa；容器的设计温度不大于350℃；容器壳体开孔处名义厚度不超过38mm；容器壳钢材的标准抗拉强度下限值不大于540MPa；补强圈的厚度应不大于1.5倍壳体开孔处的名义厚度；不宜用于铬钼钢制造的容器以及盛装毒性为高度危害和极度危害的容器；不适用承受疲劳载荷的容器；在对补强圈补强设计进行应用的过程中重点把握补强板厚度，同时优化设计厚度。如果厚度过高，那么需要多道焊缝才能够对补强板进行焊接，而这一过程中会导致不连续应力增加；最后，在对压力容器进行应用的过程中，如果容器周边环境温差变化大，周围环境恶劣，此时也是不可以应用补强圈进行补强设计的；并且当对压力容器补强质量需求在中较高时，需应用整体补强法进行补强[3]。

2.2在压力容器设计中整体锻件补强设计的应用

开孔补强设计指的是促使强度在压力容器开孔处得以提升或补充，通过该设计，有助于在对强度、等级以及质量在开孔处得到提高，促使完整性在开孔压力容器中得以充分的体现[4]。同补强圈补强相比，整体锻件补强技术具有一定优势，如可以使开孔区域应力分布更加均匀合理，最终发挥最佳补强效果[5]。值得注意的是，较多的客观要求会体现在整体锻件补强设计中，要想促壳体在开孔处应力平缓过渡得以充分的体现，从整体上来看，就可以对整体锻件补强技术进行充分的应用，但是该技术使用中，需要耗费较大人工和材料的成本，同时施工难度也较大，如果实际施工同工程实际存在一定的差异，就会影响压力容器补强设计效果，因此在对这一方法进行应用的过程中，要求工作人员慎重选择。

2.3在压力容器设计中厚壁接管补强设计的应用

科学的选择接管材料是有效应用厚壁接管补强设计法的关键，选择材料时，应对性质、功能以及特征等壳体材料参数进行充分的掌握，同时应保证接管补强材料同容器壳体材料拥有一致的性质，这样一来才可以促使融通性在金属材质中得到充分的保证。通常情况下，高强度的材料被应用于接管材料中，但是，工作人员在长期实践中发现如果接管材料的强度等级过高，是无法充分发挥其正面补强功效的，甚至还会引发各种负面影响，例如，会导致牢固性、整体稳定性在容器结构中降低。而如果接管材料的强度等级较低，工作人员必须将增厚处理应用于接管壁中，只有这样，才能够实现良好的补强效果，但是在对这一方法进行应用的过程中，工作人员需要进行多道施工工序才能够完成整个操作流程，而这一过程中，开孔补强效果是难以得到有效控制的。

3开孔补强设计在压力容器设计中应用的注意事项

3.1保证接管长度

在将补强操作应用于厚壁接管中时，影响这一操作质量的一个关键性因素就是接管的长度。在设计补强的过程中，工作人员首先应当通过焊接的方式有效连接接管与法兰，接下来才可以有效连接容器与接管。由此可见，在这一过程中，确保接管拥有足够的长度至关重要。只有这样，才能够充分的贴合壳体角缝隙和补强圈接管。一旦没有充足的接管长度，工作人员是无法顺利开展焊接工作，同时也难以达到理想的补强效果。

3.2增加补强圈

在计算补强的过程中，如果采用补强圈，应注意补强圈的适用范围；选择补强圈的过程中，应以标准补强圈作为依据，而在确定其他因素的过程中，应以实际操作中补强圈的性能和结构参数作为依据。值得注意的是，在实际施工过程中，应确保将一个大小为M10的螺纹孔应用于补强圈中，这样一来，就可以对连接焊缝质量进行充分的检查，从而确定补强圈的质量，工作人员还应详细检查渗漏现象是否存在于角焊缝中，从而科学的应用补强设计。

4结束语

综上所述，现阶段，我国制定了一系列标准，对压力容器设计进行了规范，因此相关领域工作人员更应当加大对开孔补强设计的重视，促使开孔过程中对容器壁强度的影响降到最低，促使壳体上在开孔区域集中的局部应力问题得到缓解。由此可见，在对压力容器进行使用的过程中，要想降低安全隐患，就必须对补强方式进行合理的选取与应用。

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，2014，21（3）：16-19；35.

[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，2015，49（3）：1-11.

[3]魏会东.输气压力管道的大开孔补强设计及有限元分析[C]//2010全国钢结构学术年会论文集.2014：212-215.

[4]贾福军，何晓芳.按ASME规范Ⅷ-1进行等面积开孔补强设计应注意的几个问题[J].石油和化工设备，2015，9（5）：19-21；24.

[5]曹占飞，陈斌升.压力容器大开孔补强设计的ASME法与有限元法的分析比较[J].化工设备与管道，2013，43（2）：16-19.

作者：李新 单位：杭州容瑞机械技术有限公司