開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析

張連利

（天津渤化工程有限公司，天津 300450)

開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析

張連利

（天津渤化工程有限公司，天津 300450)

為了滿足壓力容器各種功能的實現，為檢修與保養提供方便，通常會在壓力容器上面設計開孔，這就必然會對結構整體的性質產生影響，導致其所承受的壓力下降，可能會在局部出現較差的應力承受能力，為了解決這一問題，開孔補強設計十分必要，應用價值極高。我國現階段的壓力容器開孔補強設計方法有多種，應該結合實際的容器結構和運行狀況，選擇合理的補強方法，實現合理補強，提高壓力容器的使用性能。

開孔補強設計；壓力容器設計；應用

1 補強圈補強設計在壓力容器設計中的應用

壓力容器有多種開孔補強方式，通常分為兩類，一類是整體補強，另一類是局部補強。局部補強在壓力容器中的應用頻率較高，補強操作一般會選擇應用補強圈的方法，補強圈的補強方式是在將補強圈焊接在壓力容器上部，將存在孔洞的位置進行加厚處理，使其具有更大的承受應力的能力。只有開孔的位置合理，補強的厚度滿足要求，才能實現妥善的補強操作。要實現合理的補強，必須對壓力容器的制作過程以及工藝進行分析和研究，查看焊接工作的質量，來實現補強更加簡單、方便，對操作有利，所以，在外部的焊接補強可以很好地提高壓力容器的強度和耐久性，實現開孔位置抗疲勞性能的顯著提高。在采用補強圈進行補強的過程中，要注意幾個方面的問題：第一，關注補強板的厚度尺寸，不斷進行厚度的優化。通常，補強板厚度尺寸應該不大于容器開孔位置厚度尺寸的1.5倍，通過對一些工程實例進行分析，發現，如果補強板厚度尺寸大于開孔位置厚度的1.5倍，則由于厚度尺寸過大，則在對補強板進行焊接的過程中，焊接角逐漸增加，進而無法實現應力的連續增加。選擇的補強板的延伸性、韌性以及可塑性必須滿足要求，補強板材質的屈服強度在常溫下，不大于400MPa。第二，如果存在下述情況，不允許采用補強圈實現補強。如果壓力容器所處的環境溫度持續發生較大的改變，則極易出現腐蝕或者被氧化，這種情況不應該采用補強圈來實現補強。當承受的載荷極易發生變化時，也不允許采用這種補強方法。用于補強的金屬板通常是在開孔峰值的應力數值，所以在這一位置的補強程度較高，這類局部補強的辦法已經不能滿足實際的補強要求，可以采用整體式的補強辦法。

2 整體鍛件補強設計

開孔補強的意義在于使容器開孔位置的強度得到補充和提高。使材料開孔位置的質量和強度得到優化，保證被開孔的壓力容器的質量以及整體性能。整體鍛件補強方法和其他的補強方法相比，具有獨特的優點和優勢，比如：保證壓力容器處于較低的應力狀態，保證不會出現新的應力點，實現整體上極好的補強效果。但是，整體鍛件補強對客觀條件的要求也較高，相對苛刻，比如：必須保證殼體表面平滑過度，避免在容器過度位置出現較大的應力，在實際的生產制造過程中，整體補強具有極好的補強效果，同時，對過渡焊縫等位置具有較高的要求，導致施工難度增加，工程的前期資金投入量增加，對設計人員和施工人員的專業水平提出了更高的要求，如果操作中的任何一個條件不能得到滿足，都會對壓力容器的補強效果產生影響。

3 厚壁接管補強設計

厚壁接管補強設計和其他的補強方法一樣，是十分重要的補強方法，但是，在應用這種補強方法時，要合理選擇接管材料，避免由于選材不合理而對補強效果產生不利的影響。選擇和設計可以參照殼體材料的性質、功能，以保證金屬材料的融通性。依據我國的規章和制度，在進行厚壁接管補強設計時，應該盡可能保證接管材料的強度等級以及開孔容器強度等級具有一致性，有些觀點認為接管材料應該具有更高的強度等級，但是通過分析實驗以及實例發現，這種觀點是片面的，如果接管的強度等級較高，則無法充分發揮補強效果，反而會起到不良的負面作用，這就必然會對容器的穩定性和牢固性產生影響。如果相反，選擇一類強度等級較低的材料作為接管的材料，則如果對其進行適當的增厚，則可以實現極好的補強效果，同時還應適當的實現接管流通面的調控，如果進行多重操作，將會對容器的補強效果產生不利影響，一方面，使施工工序更加繁瑣，另一方面，無法對開孔補強的效果進行合理的控制，更無從保證，不利于容器功能的合理發揮。

對實驗分析發現，壁厚尺寸較大的接管在不同的路徑中可以承受較大的應力，對于這一現象，可以通過引入內伸管來解決，由于應用的內伸管的長度會對接管的應力強度產生較大的影響，所以內伸管的長度越高，接口位置的應力強度數值就越低，引入內伸管以后，也可以實現補強效果的增強。

4 結語

在壓力容器設計中，合理的開孔補強具有重要的意義，由于壓力容器的使用壽命與開孔補強的設計質量密切相關，所以要結合壓力容器的結構特點以及使用環境，合理選擇補強條件，避免由于補強設計的不合理而對壓力容器的性能和耐久性產生影響，同時，保證壓力容器的使用安全。

[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）.

Application of Opening Reinforcement Design in the Design of Pressure Vessels

Zhang Lian-li

In order to meet the various functions of the pressure vessel，providing convenience for maintenance and maintenance，usually in pressure vessel design above the hole，which will affect the character of the whole structure，the pressure drop，may appear in the local poor stress tolerance，in order to solve this the problem，opening reinforcement design is very necessary，high application value.There are a variety of pressure vessels at the present stage of China’s opening reinforcement design method，structure and operation condition of container should be combined with the actual，choose reasonable reinforcement method，realize the reasonable reinforcement，improve the performance of pressure vessel.

opening reinforcement design；pressure vessel design；application

TH49

B

1003–6490（2017）11–0158–01

2017–09–13

張連利（1964—），男，天津人，高級工程師，主要從事壓力容器設計工作。