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第一篇：壓力容器設計中開孔補強設計的應用

摘要：

開孔補強設計，在壓力容器的設計中起到重要的作用，屬于壓力容器設計中不可缺少的部分。近幾年，我國壓力容器的發展比較快，積極落實開孔補強設計，用于處理壓力容器中的各項問題，提高容器的強度，避免壓力容器出現質量缺陷或性能不足。本文主要探討幾種開孔補強結構型式在壓力容器設計中的應用。

關鍵詞：

開孔補強設計；壓力容器；整體鍛件補強

壓力容器的制造過程比較復雜，其中開孔工藝，是最為關鍵的工藝項目。開孔的過程中，需要確保壓力容器各項功能的準確性，壓力容器設計中、安裝、調試時，都需要考慮開孔補強的設計，來提高壓力容器的質量和性能，確保壓力容器的安全性。壓力容器實行開孔補強設計，能夠緩解局部壓力差的問題，保證壓力容器的應力承受性能。

1壓力容器中的開孔補強設計分析

壓力容器開孔后，在殼體位置實行開孔補強設計，考慮到壓力容器的承載面積，開孔的邊緣位置應力會明顯增加，直接削弱了強度，在應力允許值的范圍中，落實開孔補強操作。壓力容器的開孔，具有局部性的特征，需根據開孔的狀態，選擇補強設計的方法，針對壓力容器的強度削弱，安排開孔補強的設計方法，根據壓力容器的開孔數量、位置，落實可用的開孔補強設計方法。

2開孔補強設計在壓力容器中的應用

2.1整體鍛件補強

整體鍛件補強是補強結構形式中的一種，促使壓力容器的殼體結構，處于應力最低的狀態，達到補強的作用。整體鍛件補強比較注重客觀條件的運用，深入研究壓力容器的條件，把控殼體過渡部位的質量，實現殼體的平滑過渡，以免出現大應力過渡區[1]。壓力容器設計中，根據整體鍛件補強的要求，在金屬作用的條件下，削弱開孔時的強勢，保證殼體應力的平衡性。整體鍛件補強具有良好的設計優勢，注重殼體壓力過渡設計的嚴謹性，實現平緩的過渡。整體鍛件補強實現平穩的殼體過渡，不在過渡區遺留過多的集中應力，體現最佳的補強效果，提高過渡焊縫的應力。整體鍛件補強，融合了壓力容器的金屬焊縫，按照壓力容器的焊接要求，落實整體鍛件補強，體現了開孔補強設計中整體鍛件補強的實踐價值。

2.2補強圈運用

補強圈在壓力容器開孔補強設計中，屬于一類局部補強的方法，結構操作簡單，而且制造非常方便，具備較高的經驗水平。補強圈要焊接在容器的外壁金屬位置，簡化操作提高補強圈的實用水平，壓力容器采用外部焊接補強圈的方法，能夠提高壓力容器的強度、耐力值等數據，在很大程度上提高開孔補強的性能水平，在最大限度條件下，加強開孔抗壓能力的控制力度[2]。壓力容器設計對補強圈的運用，提出了3點注意事項：(1)控制補強圈的厚度，按照壓力容器的規格、開孔，選擇恰當的補強圈，補強圈的厚度，不能超出開孔處殼體壁厚的1.5倍；(2)合理選擇補強圈材料，補強圈要具有延伸性、韌性、可塑性的特征，要與其所在的壓力容器殼體材質相符合，在常溫條件下，補強圈材質的屈服度，不能低于400MPa；(3)注意環境因素的控制，補強圈的使用，不能處于較大的溫度變化范圍內，避免補強圈發生氧化腐蝕，若壓力容器的補強圈有氧化腐蝕的可能，則不能選用補強圈這種補強方式，避免遺漏安全問題。

2.3厚壁管補強運用

厚壁管補強在壓力容器設計中，要重點考慮接管的材料，因為接管材料對壓力容器的開孔補強設計有很大的影響，所以在厚壁管補強設計中，應根據壓力容器的殼體性質，科學的選擇材料[3]。厚壁管補強不能僅僅選擇高強度的接管材料，還要注重接管的強度與壓力容器殼體強度的匹配性。若厚壁管的強度過高，會導致接管補強出現性能問題，干預壓力容器的結構穩定，強度過低時，需按照規范要求設計厚壁管補強，在此基礎上控制接管的補強度，以便達到標準的補強值。厚壁管補強中，不能涉及到過多的工藝工序，以免影響最終的開孔補強效果。壓力容器設計中對厚壁管補強的運用，必須嚴格把控接管材料，控制好接管材料的質量，滿足壓力容器的性能需求，體現厚壁管補強的實踐價值。

3壓力容器中開孔補強設計的改進

壓力容器開孔補強設計，需根據應用狀態實行。不同的開孔補強設計方法，均有對應的缺陷，如：補強圈的應力過于集中，操作技術較為傳統，限制了金屬補強的效果，因此在低合金高強度的鋼容器中，補強圈的開孔補強設計效果最為明顯。壓力容器開孔補強設計改進，要根據各項開孔補強設計的方法，提出改進的建議，充分發揮開孔補強的效果，規避潛在的開孔補強誤差。在壓力容器開孔補強設計中，要注重改進方法的運用，完善開孔補強設計的過程，杜絕影響壓力容器的開孔補強效果，維護壓力容器的性能。

4結語

開孔補強設計延長了壓力容器的使用壽命，提高了壓力容器的質量水平。壓力容器制造行業，比較注重開孔補強設計的應用，嚴格按照規章制度，落實開孔補強的設計過程，避免影響壓力容器的使用性能。開孔補強設計的應用，解決了壓力容器設計中的缺陷問題，預防壓力容器在使用過程中出現安全事故，維護壓力容器的安全度。

參考文獻：

[1]鄭小海.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用[J].輕工標準與質量,2015,03:64-66.

[2]周一飛.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用研究[J].廣州化工,2015,14:181-182.

[3]孫昕.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用研究[J].化工管理,2016,14:196-197.

作者:車達 單位:中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院

第二篇：開孔補強設計在壓力容器中的應用

摘要：

近年來，隨著我國工業的發展，越來越多的壓力容器已經難以滿足實際生產的需要。而開孔補強設計和補強設計又是設計壓力容器的關鍵。從補強圈、厚壁接管、整體鍛件三個方面入手，就壓力容器開孔補強設計的技術要點進行了總結。希望通過本文的探究，更好地促進壓力容器設計水平的提升，從而在滿足工業生產的同時提高企業的核心競爭力。

關鍵詞：

補強圈；厚壁接管；整體鍛件；壓力容器；開孔補強；設計

壓力容器在開孔補強設計中，主要是從其補強圈、厚壁接管、整體鍛件方面著手。所以作為設計人員，在實際設計工作中，我們必須緊密結合所設計的工件，針對性地掌握其技術要點，才能更好地發揮其作用。

1開孔補強的重要作用分析

1）隨著我國科學技術突飛猛進的發展，各行各業都取得了理想的成績與經濟效益。而壓力容器作為當下化工業主要的封閉設備，其使用范圍非常的廣泛。為提高壓力容器質量，保障其安全性能，做好壓力容器設計中的開孔補強設計工作就顯得尤為重要。2）為使壓力容器的工作性能得到充分發揮，那么就必須進行開孔補強操作。但因為開孔補強操作性質是對壓力容器本身進行開發與改造，所以在開孔補強工藝施工過程中，容易對壓力容器造成破壞，使其對壓力容器的強度、牢固度、整體性能造成影響。因此，為降低開孔補強對壓力容器的破壞程度，在進行開孔補強設計的同時，相關設計人員必須結合開孔補強需要、壓力容器材質等情況進行補強設計，使其確保開孔補強設計在壓力容器中得到合理的運用，進而提高壓力容器的使用性能[1]。

2應用要點

2.1補強圈

壓力容器的開孔補強方法有：①整體補強；②局部補強。補強圈補強設計，主要是在壓力容器表面進行補強板的焊接，從而增加即將設孔部位的厚度，確保可以正確開孔補強，并能提高壓力容器的性能，如①強度；②韌性；③耐力；④抗疲勞能力等，進而實現科學補強。具體來說，首先注意補強板厚度，并合理設計補強板的厚度，預防補強板厚度超標。其次在選擇補強板時，應確保補強板材質具有較強的性能，尤其是其延伸性和韌性以及可塑性。需要注意的是，當壓力容器溫度變化幅度較大，且易發生腐蝕與氧化的問題時，為防止對補強板的金屬造成不利影響，不能采取補強圈補強設計方法，預防壓力容器的補強質量受到影響。

2.2厚壁接管

厚壁接管補強設計方法也是壓力容器開孔補強的方法之一。為提高厚壁接管補強效果，首先在選料時，主要考慮其殼體材料性質與壓力容器使用環境。換言之，厚壁接管開孔補強選用的材料，需與壓力容器殼體材料相同或類似，這樣才能為金屬性能提供良好的協調作用。而當厚壁結構開孔補強中采用的補強材料比壓力容器殼體材料的性質低時，工作人員可適當的增加補強面積，防止預防應力不足問題的發生。但當補強材料比壓力容器殼體的應力高時，則需要適當的縮小補強面積，從而保證應力性能可以互相協調。其次，因為壓力容器開孔補強操作會造成開孔補強邊緣的局部應力上升，所以在進行厚壁接管開孔補強時，應在離開孔補強邊緣較遠的位置區域進行補強，這樣才能確保壓力容器的應力保持在正常范圍內。另外，為使補強材料的性能得到充分發揮，在焊接補強材料時應在開孔補強周圍高應力位置進行厚壁接管的焊接，確保其在有效的補強范圍內。而針對于補強范圍的計算，可根據補強范圍內多余面積，對補強面積進行計算，這樣才可提高補強范圍的有效性，進而增強壓力容器開孔補強應用水平。

2.3整體鍛件

因為在應用整體鍛件開孔補強方法時，會出現壓力容器殼體的應力水平下滑的現象，使其無法產生新的壓力點，所以可有效的提高壓力容器殼體的抗壓能力、韌性、強度、牢固度等。不過整體鍛件補強與殼體磨合比補強圈補強更加得困難。所以，應確保殼體與整體鍛件可以順利磨合，這樣才能防止磨合期間造成壓力容器殼體局部產生應力集中的問題。其次，整體鍛件補強方法對焊接技術也有著更高的要求，這樣不僅會增加焊接的難度，也會增加成本，所以整體鍛件開孔補強方法，一般只在設計精度較高或壓力容器使用環境惡劣的情況下應用。而在實施整體鍛件開孔補強方法過程中，當應力強度值較低時，接管的上端應盡量遠離開孔補強位置，這樣才能使整體鍛件補強的彎曲應力強度提升，提升膜應力的強度。其次，因為接管與封頭接近簡體的位置有一處應力集中點，所以在接管與封頭焊接處接管壁厚方向區域，整體鍛件補強應力最低，但其他路徑上應力強度值均比較大。因此，為提高壓力容器整體鍛件補強效果，可采用內伸接管補強的方法，來降低其他路徑上應力強度值，這樣不僅可以提高壓力容器開孔補強效果，同時還能保障壓力容器使用性能。總而言之，無論采用哪種開孔補強方法，設計人員都需根據壓力容器的相關標準與要求進行開孔補強，這樣才能提高開孔補強的質量，延長壓力容器使用年限，提高壓力容器使用性能。

3結束語

綜上所述，壓力容器的設計離不開開孔補強設計工作，因為其是促進壓力容器使用性能發揮的重要舉措。所以我們必須科學、合理地確定開孔補強方法，才能有效地避免安全事故的發生，優化壓力容器的使用性能。

參考文獻：

[1]臧少鋒.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用探析[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2016，（01）：220.

作者:馮浩 單位:中國石油集團東北煉化工程有限公司錦州設計院

第三篇：開孔補強設計在壓力容器設計中的作用

摘要：

本文以壓力容器設計作為研究主題，探討開孔補強設計在壓力容器設計中的應用及相關問題。首先對壓力容器設計進行了簡要概述；主要介紹了設計應用中的基本要求，分析了補強圈補強、厚壁接管補強、整體鍛件補強設計在壓力容器設計中的具體應用。希望能夠通過本文初步論述可以引起更多的關注與更為廣泛的交流，從而為該方面的理論研究工作與實踐應用工作提供一些有價值的信息，以供參考。

關鍵詞：

開孔補強；壓力容器；設計應用

壓力容器的設計制造過程比較復雜，尤其是容器壁的開孔是必要的制造環節，也是滿足各種功能的具體需要，比如安裝接管的應用、開孔等不僅能夠為后期的保養、維修提供便利，也能夠進一步滿足安裝、調試方面的具體要求，比如，整體結構強度、承受壓力方面的調解等。另一方面，高溫高壓環境對于壓力容器的影響較大，再加上材料方面的缺陷或者制造工藝不完善等，均會造成極大的損害，尤其是在開孔處發生問題的情況最易發生，為了克服這些問題，提高其應有的安全性，應該對開孔補強設計進行深入的研究分析，以尋找解決的具體方法。

1補強圈補強設計的應用

首先，在壓力容器開孔補強設計方面的手段之一是局部補強，在應用方面以補強圈補強設計為準，應用也比較廣泛；具體方法是，焊接補強板，重點在于對壓力容器壁、開孔處容器壁的有效把握，即保證金屬厚度，滿足金屬開孔邊緣強度，最終達到補強的目標；需要注意的是，外部補強操作與內部補強操作的難度系數小、可操作性強，所以，一般情況下，以外部的補強為主，根據實驗與經驗比較，的確能夠強化抗疲勞強度。其次，按照補強的要求，在補強操作中，補強板應該滿足設計厚度要求，盡量控制在開孔處名義厚度的1.5倍以內，以便減少焊接角，降低不連續應用發生的可能性；在材料方面，補強板應該保證在材料的塑性方面、延展性方面滿足標準，具體是屈服強度ReL在常溫狀態下，小于400MPa；另一方面，在不同環境下，如腐蝕性強、氧化性強、溫差大、承受荷載變化較大的情況下，不宜采用此方式進行補強。

2厚壁接管補強設計的應用

首先，厚壁接管補強與局部補強一樣，也是壓力容器設計中的主要手段或方法，它的要點在于材料的選擇方面，因為，厚壁接管補強設計要求在補強材料方面，與壓力容器殼體材料保持一致性，否則會降低金屬性，也會影響到其強度水平。而且，在國家規定的標準要求方面，開孔、開孔補強的面積、接管有效補強面積均有明確的規定；通常情況下，對于強度系數大于1.0時，均取1.0；它的具體來源在于設計溫度下接管材料/殼體材料許用應力。其次，需要注意的是，材料應該確保同等級，因為實踐經驗表明，即使厚壁接管材料優于殼體材料，不僅不會增加強度，反而會起到適得其反的效果；所以，整體上看，更不利于整體補強結構的性能；所以，根據以上兩點可以清晰的認識到，在選取材料時，應該以殼體材料為準，或者說以線材殼體等相同強度的材料即可；另一方面，若選擇比殼體材料較低標準的材料，那么在焊接過程中，它的接管流通面積又會受到影響，所以，也不利于補強設計，因而，整體上看，應該選擇的厚壁材料應該與母材殼體材料相一致，才能滿足厚壁接管補強設計要求。

3整體鍛件補強設計的應用

整體補強多用于要求高的容器，若局部補強不適合開孔補強，也會選擇整體補強。從開孔補強設計方面分析，重點在于對開孔所致的強度削弱進行補強，以減少新的應用集中問題發生；根據一般原理可知，在同等條件下，整體鍛件補強能夠達到降低殼體應力水平的目的，而且，能夠達到減少應力的最大值，且不會產生新應力大點，這是它的優勢；所以，與前兩種補強設計的應用比較而言，整體鍛件的補強效果最為顯著。其次，雖然整體鍛件補強設計在壓力容器設計中的應用效果非常明顯，但是，由于它與殼體過渡要求相比，仍然需要非常嚴格的標準控制，比如，在過渡方面，應該保證平緩性，其目的在于對可能性的殼體一側生成應力集中進行避免；另一方面，在焊接過程中，對于焊縫的標準要求也非常高，要求無沙眼，連續性強；所以，與前兩種補強設計的相對而言，它的加工制造過程也相當嚴格，難度也最大，成本也更高，因此，一般情況下對其應用較少，然而，當遇到一些設計精度、環境較為惡劣的情況下，多以整體鍛件補強設計的應用為準，從而減少前兩種方法的不足。

4結語

總之，為了延長壓力容器的壽命，開孔補強設計是必要的手段之一，而且，開孔補強設計的質量對其壽命具有決定性的作用；通過上文分析可以看出，開孔補強設計有幾大方面的應用，所以，在具體的應用過程中，應該注重不同設計的區分，并且嚴格按照相關的規章制度、工藝流程進行細致的工作，從而減少諸多問題的發生，以保障其應用中的安全性、可靠性，提高壓力容器的使用年限等。

參考文獻：

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[2]薛明德,黃克智,李世玉等.GB150-2011中圓筒開孔補強設計的分析法[J].化工設備與管道,2015(3).

[3]陳學東,崔軍,章小滸等.我國壓力容器設計、制造和維護十年回顧與展望[J].壓力容器,2014(12).

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[5]劉亞明.壓力容器設計過程中的常見問題及防范對策探究[J].科技風,2016(19).

作者:張春萍 單位:浙江巨化裝備制造有限公司