開孔補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用探析

黃棣華

摘 要：在壓力容器設(shè)計過程中，根據(jù)實際情況對開孔補強進行設(shè)計是作為重要環(huán)節(jié)之一，隨著我國壓力容器設(shè)計進程發(fā)展，出臺了相關(guān)政策針對壓力容器開孔補強設(shè)計做出相關(guān)要求與計算，在規(guī)范的要求下，實際過程中對開孔補強設(shè)計的安全、性價比等都提出了更嚴謹?shù)囊螅谠O(shè)計過程中值得進行實踐研究。

關(guān)鍵詞：開孔補強設(shè)計；壓力容器設(shè)計；應(yīng)用探析

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）23-0071-01

在壓力容器理論設(shè)計階段，對壓力容器進行開孔設(shè)計是必不可少的。通常情況下，壓力容器會在容器壁上開孔，大部分情況下是為了滿足能夠安裝在容器上的接管需要，另外，為了便于壓力容器的其他檢測、測試功能的需要也會進行開孔操作或者為了能夠便于壓力容器的日常維護、維修等調(diào)試操作同樣需要進行開孔操作。當然，進行壓力容器的開孔操作勢必會對壓力容器的壓力造成影響，進而會影響到壓力容器的結(jié)構(gòu)強度，不僅降低了壓力容器的壓力標準，也影響了壓力容器的安全性。由于壓力容器的開孔操作會使得開孔局部部位存在受力不均的現(xiàn)象，而造成不同部位的壓力差升高，造成的后果是壓力容器的承受能力會降低。另外，壓力容器由于工作環(huán)境的因素，開孔部位會長時間暴露在高壓或者高溫的狀態(tài)下，這樣增加了開孔部位不安全的因素。同時，不安全因素還有開孔部位的連接材料并不能得到保障，進而造成了開孔部位發(fā)生破損的風(fēng)險，對壓力容器造成更大的不安全因素。根據(jù)國家壓力容器設(shè)計相關(guān)規(guī)定，在壓力容器設(shè)計階段必須針對開孔做補強設(shè)計，降低出現(xiàn)開孔操作以后的安全風(fēng)險。一旦開孔操作，往往會降低壓力容器開孔部位的壁厚，強度會隨著壁厚的降低而減弱，壓力容器的安全穩(wěn)定性就會出現(xiàn)危險的風(fēng)險，降低風(fēng)險的有效途徑是在開孔部位做相應(yīng)的補強設(shè)計，進而實現(xiàn)壓力容器高效運作和安全生產(chǎn)的目標。

1 開孔補強的方法選擇

壓力容器的設(shè)計過程中，對開孔補強的設(shè)計有多種形式。首先，對開孔部位的局部補強就是其中主要手段之一，最為常見的是在開孔部位加強厚度，也就是增加開孔部位的容器壁厚被廣泛利用。這種設(shè)計是在壓力容器開孔的部位進行厚度增加，焊接相應(yīng)的強化板，增加壓力容器開孔部位的實際厚度，達到開孔之前的金屬密度甚至超過開孔之前的金屬密度，因為焊接局部受到條件因素影響會產(chǎn)生縫隙，在高壓高溫情況下氧化程度就極度擴大，腐蝕接觸點，進而增加危險系數(shù)。在實際操作中，壓力容器的加工維護角度來看，在壓力容器外壁進行相應(yīng)的焊接操作更具有可實現(xiàn)性，所以，一般情況下，壓力容器都會在其外壁進行焊接強化板的操作，而且從實際的效果來看也證實容器壁外壁的焊接更容易提升強化作用。在采用此類方法進行壓力容器開孔補強的同時，應(yīng)該注意到，首先，一般情況下，開孔補強的實際厚度不能超過容器壁其他地方厚度的2倍，通過實驗證明，如果開孔補強的位置焊接厚度超過2倍，焊接過程會暴露更多焊接角度，造成實際受力減弱，壓力會對焊接縫隙進行沖擊。同時，還要考慮焊接板材料的選取，盡可能選用抗高壓材料、耐腐蝕材料以及抗高溫耐火材料，減少環(huán)境因素對材料的影響作用。其次，特殊環(huán)境因素影響過大的壓力容器不適合此類開孔補強方式，例如工作環(huán)境腐蝕極其嚴重以及溫度壓力長時間過高，并且溫差起伏過大。

之所以要對壓力容器進行開孔補強設(shè)計，是因為需要對金屬外殼的進一步強化來擬補因開孔而造成的金屬壁厚度的減弱，并且盡可能減少因為補強帶來的新反應(yīng)。理論上來說，在相同條件下，整體鍛件補強是強化金屬壁外殼使得結(jié)構(gòu)受力程度降低的最大并且鮮有新的受力不均出現(xiàn)，所以，相對于局部補強來說，整體鍛件的設(shè)計在壓力容器受力補強方面實際效果達到的最為理想，萬事都有正反面，整體鍛件補強方法也不例外，它要比局部補強要求更高，正常理解為需要按照補強保護殼與整體鍛件在一個過渡區(qū)間，減少在過渡期間外壁受力不均。在實際的操作過程中，此類方法因為要求的過于苛刻，技術(shù)過于高深，導(dǎo)致工作量的加大與工作成本過高，很難實現(xiàn)無縫的加工。這樣對于只有要求精度過于嚴謹，環(huán)境過于惡劣的壓力容器才會采用此類補強辦法。

另外，除了以上方法以外，還可以根據(jù)物理受力知識，對壓力容器后壁進行分壓補強，所謂的分壓補強是在保證壓力容器正常運作的同時，開孔局域的對立外置同樣進行開孔操作，盡量減少其他位置的開孔操作，這樣可以平均壓力容器金屬壁兩側(cè)的外部受力，進而達到開孔補強的效果。一般在進行此類補強設(shè)計過程中，采用強度等級相當高的材料進行補強殼體的設(shè)計，補強的厚度和密度都要高于原來壓力容器的平均密度。同樣，由于此類方法要求過高，在實際焊接過程中容易產(chǎn)生不利影響，并造成結(jié)構(gòu)體的性能降低，所以盡可能選用密度強度以及材料等級與壓力容器本身材料相同的接管，并結(jié)合前兩種方式的共同作用，根據(jù)實際環(huán)境因素適當采用局部補強與鍛件補強，合理解決實際問題，把風(fēng)險降到最低。

2 開孔補強實際操作應(yīng)該注意的問題

提高安全，減少風(fēng)險，開孔補強在壓力容器的早起設(shè)計中很重要，能夠有效預(yù)防實際工作中危險的發(fā)生。因此，在實際壓力容器設(shè)計過程中，針對開孔補強的方案要規(guī)定注意事項并且要充分了解且嚴格遵守，認真對待問題的重要性，加強開孔補強的意識，避免壓力容器因為使用不當而造成安全問題，才能夠保障操作單位與人員的生命財產(chǎn)安全。在實際工作中應(yīng)該注意以下幾點：

①嚴格按照理論標準對接管厚度進行把關(guān)，厚度一定要達到標準，對于接管來說，厚度過大對焊接不利，厚度過小對反復(fù)壓力沖擊不能起到保護。另外，接管的接觸面積盡可能與壓力容器開孔面積一致，并且厚度相同，厚度相差越大，受力能力越小。因此開孔補強設(shè)計中，為了滿足相應(yīng)要求，會加大厚度，如果出現(xiàn)此類現(xiàn)象應(yīng)該將接管伸入壓力容器壁內(nèi)，減輕接管厚度同時增加開孔壓力容器局部厚度。

②在實際開孔補強設(shè)計中容易忽視一個問題，關(guān)于導(dǎo)熱類壓力容器開孔需要補強計算時，要考慮容器的長度，在滿足范圍內(nèi)的補強操作的同時，要注意超出范圍的部分，不能隨意增加容器厚度，這樣不利于散熱，反而增加容器的壓力。

3 結(jié) 語

總之，開孔補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中不可缺少，是壓力容器安全以及性能的重要保障。同時，需要在設(shè)計操作過程中，根據(jù)實際環(huán)境的不同進行合理的補強方式，通過結(jié)合不同方式的優(yōu)點來對設(shè)計補強，有利于壓力容器的正常運作，降低風(fēng)險。

參考文獻：

[1] 劉亞明.開孔補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用探析[J].河南科技，2013，（5）.

[2] 薛冰.壓力容器開孔補強在設(shè)計中的應(yīng)用[J].河南化工，2013，（10）.

[3] 海仁沙·居馬洪，肖浪.開孔補強設(shè)計在常規(guī)壓力容器制造中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，（4）.

[4] 付雙武.在壓力容器中的開孔補強結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].科技與企業(yè)，2014，（3）.