张连利

（天津渤化工程有限公司，天津 300450)

开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析

张连利

（天津渤化工程有限公司，天津 300450)

为了满足压力容器各种功能的实现，为检修与保养提供方便，通常会在压力容器上面设计开孔，这就必然会对结构整体的性质产生影响，导致其所承受的压力下降，可能会在局部出现较差的应力承受能力，为了解决这一问题，开孔补强设计十分必要，应用价值极高。我国现阶段的压力容器开孔补强设计方法有多种，应该结合实际的容器结构和运行状况，选择合理的补强方法，实现合理补强，提高压力容器的使用性能。

开孔补强设计；压力容器设计；应用

1 补强圈补强设计在压力容器设计中的应用

压力容器有多种开孔补强方式，通常分为两类，一类是整体补强，另一类是局部补强。局部补强在压力容器中的应用频率较高，补强操作一般会选择应用补强圈的方法，补强圈的补强方式是在将补强圈焊接在压力容器上部，将存在孔洞的位置进行加厚处理，使其具有更大的承受应力的能力。只有开孔的位置合理，补强的厚度满足要求，才能实现妥善的补强操作。要实现合理的补强，必须对压力容器的制作过程以及工艺进行分析和研究，查看焊接工作的质量，来实现补强更加简单、方便，对操作有利，所以，在外部的焊接补强可以很好地提高压力容器的强度和耐久性，实现开孔位置抗疲劳性能的显著提高。在采用补强圈进行补强的过程中，要注意几个方面的问题：第一，关注补强板的厚度尺寸，不断进行厚度的优化。通常，补强板厚度尺寸应该不大于容器开孔位置厚度尺寸的1.5倍，通过对一些工程实例进行分析，发现，如果补强板厚度尺寸大于开孔位置厚度的1.5倍，则由于厚度尺寸过大，则在对补强板进行焊接的过程中，焊接角逐渐增加，进而无法实现应力的连续增加。选择的补强板的延伸性、韧性以及可塑性必须满足要求，补强板材质的屈服强度在常温下，不大于400MPa。第二，如果存在下述情况，不允许采用补强圈实现补强。如果压力容器所处的环境温度持续发生较大的改变，则极易出现腐蚀或者被氧化，这种情况不应该采用补强圈来实现补强。当承受的载荷极易发生变化时，也不允许采用这种补强方法。用于补强的金属板通常是在开孔峰值的应力数值，所以在这一位置的补强程度较高，这类局部补强的办法已经不能满足实际的补强要求，可以采用整体式的补强办法。

2 整体锻件补强设计

开孔补强的意义在于使容器开孔位置的强度得到补充和提高。使材料开孔位置的质量和强度得到优化，保证被开孔的压力容器的质量以及整体性能。整体锻件补强方法和其他的补强方法相比，具有独特的优点和优势，比如：保证压力容器处于较低的应力状态，保证不会出现新的应力点，实现整体上极好的补强效果。但是，整体锻件补强对客观条件的要求也较高，相对苛刻，比如：必须保证壳体表面平滑过度，避免在容器过度位置出现较大的应力，在实际的生产制造过程中，整体补强具有极好的补强效果，同时，对过渡焊缝等位置具有较高的要求，导致施工难度增加，工程的前期资金投入量增加，对设计人员和施工人员的专业水平提出了更高的要求，如果操作中的任何一个条件不能得到满足，都会对压力容器的补强效果产生影响。

3 厚壁接管补强设计

厚壁接管补强设计和其他的补强方法一样，是十分重要的补强方法，但是，在应用这种补强方法时，要合理选择接管材料，避免由于选材不合理而对补强效果产生不利的影响。选择和设计可以参照壳体材料的性质、功能，以保证金属材料的融通性。依据我国的规章和制度，在进行厚壁接管补强设计时，应该尽可能保证接管材料的强度等级以及开孔容器强度等级具有一致性，有些观点认为接管材料应该具有更高的强度等级，但是通过分析实验以及实例发现，这种观点是片面的，如果接管的强度等级较高，则无法充分发挥补强效果，反而会起到不良的负面作用，这就必然会对容器的稳定性和牢固性产生影响。如果相反，选择一类强度等级较低的材料作为接管的材料，则如果对其进行适当的增厚，则可以实现极好的补强效果，同时还应适当的实现接管流通面的调控，如果进行多重操作，将会对容器的补强效果产生不利影响，一方面，使施工工序更加繁琐，另一方面，无法对开孔补强的效果进行合理的控制，更无从保证，不利于容器功能的合理发挥。

对实验分析发现，壁厚尺寸较大的接管在不同的路径中可以承受较大的应力，对于这一现象，可以通过引入内伸管来解决，由于应用的内伸管的长度会对接管的应力强度产生较大的影响，所以内伸管的长度越高，接口位置的应力强度数值就越低，引入内伸管以后，也可以实现补强效果的增强。

4 结语

在压力容器设计中，合理的开孔补强具有重要的意义，由于压力容器的使用寿命与开孔补强的设计质量密切相关，所以要结合压力容器的结构特点以及使用环境，合理选择补强条件，避免由于补强设计的不合理而对压力容器的性能和耐久性产生影响，同时，保证压力容器的使用安全。

[1] 付双武.在压力容器中的开孔补强结构设计[J].科技与企业，2014，（04）.

[2] 刘亚明.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].河南科技，2013，（09）.

[3] 海仁沙，居马洪，肖浪.开孔补强设计在常规压力容器制造中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，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

张连利（1964—），男，天津人，高级工程师，主要从事压力容器设计工作。