開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析

臧少鋒

摘 要：開孔補強設計在壓力容器設計中的應用價值非常大，其屬于必不可少的壓力容器設計環節。目前我國的壓力容器設計水平變得越來越高，而且國家也相繼制定了一系列的關于壓力容器設計開孔補強設計的相關標準和要求，因此開孔補強設計在性價比和安全性等方面都具有了更高的要求。基于此，本文對在壓力容器設計中開孔補強設計的具體應用進行了分析和探討，供大家參考。

關鍵詞：壓力容器設計；開孔補強設計；應用

壓力容器設計制造的過程包括一系列的環節，而其中開孔操作屬于一個非常重要的環節。通過開孔操作可以確保壓力容器各項功能的實現，而且在維修壓力容器的時候也變得更加方便，此外，在安裝和調試壓力容器的時候開孔操作同樣具有非常重要的作用。然而針對壓力容器的容器壁實施開孔操作會導致壓力容器的整體結構發生一系列的改變，并且使壓力容器的壓力承受度有所降低，而其局部則可能會出現更差的應力承受性能。要想使這一問題得到有效解決，必須要對其實施補強操作。

1 開孔補強結構概述

在壓力容器上實施開孔操作之后，為了能夠使降低的開孔周圍材質抗壓強度得以提升而對其實施補救的這樣一種方式就是所謂的開孔補強結構。由于要滿足不同的要求，采用同材質材料制作壓力容器需要在外壁上將各種各樣的小孔開出來，但是這樣會降低壓力容器的整體抗壓強度，并且進一步導致壓力容器在使用過程中發生各種問題，縮短壓力容器的使用壽命。要想使壓力容器的整體強度得以維持，就必須要針對壓力容器外壁所開小孔周圍實施開孔補強技術處理。在具體實施開孔補強技術的過程中需要綜合考慮對容器的要求、開孔的數量、位置等各項因素，并且可以此為依據將開孔補強結構劃分為兩種，也就是局部補強和整體補強[1]。

2 在壓力容器中補強圈補強設計的應用

壓力容器具有很多的開孔補強方式，從整體上來說可以將其劃分為局部補強和整體補強，而補強圈補強設計屬于一種非常重要的局部補強方式，其主要是指將補強板焊接在壓力容器的表面，從而不斷增厚即將設孔的金屬部位，確保實現正確的開孔和有效的補強效果。通過分析制作壓力容器的過程和壓力容器的加工工藝，我們可以發現，將補強板焊接在容器壁外部屬于一項操作簡單而又非常實用的方式。外部焊接補強板可以使壓力容器的耐力、韌性、強度得以有效提升，尤其是可以極大地強化開孔處的抗疲勞能力。在應用補強圈補強設計時需要注意以下幾個方面的問題：首先，要對補強板的厚度予以重點關注，并且對其厚度設計進行優化。通常來講，與壓力容器開孔部位的厚度相比，補強板的厚度應高出一半以上。如果采用超標的厚度，那么在焊接補強板的過程中就需要加大焊接角勢，并導致增加不連續應力。其次，要選擇具有合格可塑性、韌性和延伸性的補強板，在正常的溫度下補強板的材質應具有小于400mPa的屈服度。最后，如果壓力容器所處環境具有較大的溫度變化、容易發生氧化和腐蝕的現象，這時不適合采用補強圈設計方法；同時，如果壓力容器具有較高的補強質量需求，則需要盡可能的采用整體補強的方式[2]。

3 在壓力容器設計中整體鍛件補強設計的應用

補充和強化壓力容器開孔處的強度就是所謂的開孔補強設計，其主要的目的就是強化開孔處材質的等級、強度和質量，確保開孔壓力容器質量的完整性。整體鍛件補強技術與補強圈技術相比具有一系列的優點，最為關鍵的是其能夠使容器外殼具有最低的應力水平，從而使最佳補強效果充分地發揮出來。但是整體鍛件補強設計具有較多的客觀條件要求，其是在殼體過渡的部位的要求更加嚴格，要保證殼體過渡的平緩性，并且要避免殼體在過渡地帶的某一段存在著過多的應力。大量的實踐表明，從整體上來說整體鍛件補強技術具有最優的補強效果，然而因為其具有更高、更嚴格的過渡焊縫等方面的要求，所以其施工難度和施工成本也變得更大，一旦其中出現不符合要求的情況，就會導致壓力容器補強設計的效果受到嚴重的影響，因此在選擇該方法的時候必須要做到嚴格而謹慎。

4 在壓力容器設計中厚壁接管補強設計的應用

厚壁接管補強設計在壓力容器補強設計中屬于一種重要的補強方式。在運用厚壁接管補強設計的方法時必須要高度的重視接管材料的選擇問題，這是由于這種補強方法的補強效果在很大程度上取決于接管材料的選擇。在具體的補強設計中應按照殼體材料的功能、性質和特征選擇合適的材料，并且要保證選擇與容器殼體材料性質相一致的接管補強材料，從而使金屬材質的融通性得到有效地保證。一些人認為，在選擇接管材料時候需要采用具有更高強度的材料，但是大量的實踐表明，過高強度等級的接管材料除了無法將正面的補強功效充分地發揮出來，在一定程度上還會導致出現各種不良的負作用，會使容器結構的整體穩定性和牢固性受到不利影響，因此這種主觀想法并不科學[3]。而如果選擇具有較低強度等級的接管材料，還應針對接管壁實施增厚處理，確保其能夠達到理想的補強效果，而且在具體的應用中這種較低強度等級的接管材料具有更多的施工工序，無法控制和確保開孔補強效果。要想使上述的問題得以解決，就可以采用鍛件加工技術和無縫鋼管技術等對厚壁連接補強技術進行優化，從而有效地控制容器補強的誤差。如果具有很小的補強設計壓力，相應的具有較低的補強效果和質量要求，這時候就可以選擇厚度適宜的無縫鋼管技術，如果具有很大的補強設計壓力，這時候就需要采用鍛件加工技術。

5 結語

開孔補強設計在壓力容器設計中屬于一項重要環節，壓力容器的使用壽命在很大程度上取決于開孔補強設計的質量。由于我國目前已經出臺了關于壓力容器設計的規章制度，所以必須要高度重視壓力容器的開孔補強設計工作，從而使容器壁強度受到的開孔負面影響得以減少，并且解決大量局部應力集中在殼體和結合處的問題?？傊?，利用科學合理的補強方式可以有效地避免壓力容器使用中的安全事故，有效地保證壓力容器的正常使用。

參考文獻：

[1]付雙武.在壓力容器中的開孔補強結構設計[J].科技與企業，2014（04）.

[2]劉亞明.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析[J].河南科技，2013（09）.

[3]海仁沙·居馬洪，肖浪.開孔補強設計在常規壓力容器制造中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2013（08）.