压力容器设计中开孔补强设计的应用探析

压力容器设计中开孔补强设计的应用探析

刘明

山东鸿运工程设计有限公司山东省济南市250103

摘要：压力容器设计相对比较复杂，往往涉及到诸多方面的知识与技术，因此，受到了压力容器相关行业的重视与关注。近年来，诸多研究学者对压力容器设计进行了分析，以期可以找出提高压力容器设计质量与水平、确保压力容器使用性能的有效途径。开孔补强设计是延长压力容器寿命的有效手段，且开孔补强设计效果与质量在一定程度上决定着压力容器的使用寿命。所以说，加强对开孔补强设计的研究，找出解决问题的有效措施，提高压力容器设计质量，有着十分重要的意义。

关键词：压力容器设计；开孔；补强设计

1开孔补强设计概述

1.1开孔补强设计

在压力容器完成开孔工作之后，对原有的压力平衡产生了不同程度的平衡破坏作用，减少了压力的受力面积，提升了开孔边缘的应力作用，从而在很大程度上削弱了原有容器中的强度分布。为了充分满足容器内的压力技术要求，应当对其进行必要的开孔补强工作。在GB/T150-2011中依次规定了锥壳、圆筒、凸形封头等受压元件开孔直径，以使容器的强度能够满足开孔补强要求，由此充分验证压力容器设计中开孔补强环节的作用。

1.2开孔补强中的局部补强与整体补强

在充分考虑压力容器的要求、位置以及开孔数量等条件的基础上，将开孔补强的方法分为整体补强与局部补强两种。局部补强指的是对于压力容器的某一个特定位置进行开孔设计工作，具有比较强的针对性，补强工作的操作面积性比较小。与整体补强工作不同的是能够对于压力容器壁上的局部地点进行有效开孔操作，从而积极降低成本，减少操作时间，与整体补强相比，适用范围比较大。整体补强的操作流程比较简单，补强的位置具有比较大的空间性，适用的范围是一些比较大的开孔位置，例如在容器的整体强度比较差的情况下。在一些局部操作比较受限的的特殊容器中可以充分考虑采用整体补强的方式，从而节约补强的耗材，提升其工作效率，优势比较明显。整体补强具有非常严格的使用标准，在过渡过程中应当具有非常有效的平缓性，充分避免壳体一侧应力集中现象的发生。

2压力容器设计中厚壁接管补强的应用

现阶段，厚壁接管补强技术在压力容器设计过程中得到了十分广泛的应用。为确保厚壁接管补强效果，应加强对选材方面的重视。究其原因在于，根据厚壁接管补强设计标准的要求，其补强材料必须要与壳体材料相同，否则便有可能导致压力容器金属性能的降低，同时也会给压力容器的整体强度水平造成一定程度的影响。在国家标准规范中，对于压力容器的接管有效补强面积、开孔以及开孔补强的面积均有着明确的规定。因此，压力容器设计中，应遵循国家标准规范的要求来进行厚壁接管补强，确保厚壁接管补强的有效性与安全性，以更好地提高压力容器设计质量。与此同时，厚壁接管材料应当与壳体材料等级相同。实践发现，厚壁接管材料的等级优于压力容器壳体材料的时候，反而会在一定程度上降低强度，因此，从整体性的角度来说，这种情况会对补强结构的整体性能造成不利影响。针对这样的现象，我们可以知道，选择厚壁接管材料的时候，应将壳体材料当作选择标准，选择与壳体材料强度相同的材料。除此之外，若是厚壁接管材料的等级低于压力容器壳体材料，那么在焊接过程中，便会在一定程度上影响接管流通面积，从而对补强设计造成一些不利的影响。基于以上原因，最好选择与压力容器壳体材料相同的厚壁接管材料，才能确保厚壁接管补强的效果与质量。

3在压力容器设计中不同的开孔补强方式的应用分析

3.1压力容器中补强圈补强设计应用

在压力容器中进行补强圈补强设计应用指的是找准容器开孔的相应位置，充分利用周围的贴焊钢板，在这种背景下的贴焊钢板即是补强圈。在目前的技术范围之下，在压力容器设计中的补强圈补设计具有两种使用模式，在进行补强圈补强的设计过程中，首先应当选用合适的标准化的补强圈，选择与压力容器壳体一致的材料，依据压力容器开孔相一致的开孔补强标准，充分全面把握住补强圈补强的相关标准，严格按照相关的尺寸要求进行设计，在具体开孔补强的尺寸不够明确的前提下可以进行按照压力容器设计的具体情况，严格执行等面积补强的理念，精准设计压力容器的具体尺寸，从而逐步推进补强圈补设计工作。一旦把补强圈补设计环节运用到压力容器开孔补强的设计工作过程中，应当注意在补强圈的名义厚度超过八毫米的情况下，在进行开孔补强工作的过程中应当充分确保将压力容器全焊透，从而实现容器壁与补强圈之间的协调受力。在这种情况下进行补强圈补强应当在容器外侧开展补强圈补强工作，在开孔补强中充分发挥开孔补强的价值。从而充分实现压力容器在设计过程中的合理性与有效性。补强圈的结构比较简单，运用过程中制造的难度比较小，从而具有比较广泛的应用，在压力容器开孔补强的设计中占据了重要的作用，是发挥重要作用的一个环节，应用价值比较广泛。采用补强圈补强设计过程中，壳体与补强圈之间具有一层静止的气隙，这在很大程度上影响了压力容器的整体传热效果，从而在壳体与补强圈之间形成了一种热膨胀与温差效应，由此出现了温差应力现象，这种现象的产生在很大程度上影响了压力容器的开孔补强设计效果，从而在一定程度上影响了压力容易的实际运用，为其留下了安全隐患，因此应当充分重视。

3.2压力容器中整体锻件补强的作用

通过以上的对比分析可以看到，在整体锻件补强设计与补强圈补强设计的过程中存在着一定的操作差异，在压力容器中是针对特定位置进行补强，最终目的是为补强圈而补强，同时整体补强的操作是利用降低整体容器壳体的强度水平来降低应力的发生几率，如此通过整体锻件补强的设计流程来达到相应的操作效果，与补强圈补强效果相比具有很大的优势。在大量的操作实践中可以看到，在整体锻件的补强中要求比较高，特别是在压力容器壳体与整体锻件的过渡性方面，如果不对补强进行充分的设计，很难充分实现有效的开孔效果，从而降低了压力容器使用的安全性。

3.3压力容器中的厚壁接管补强设计

在厚壁接管补偿应用的过程中为了达到相应的效果应当选择最佳的厚壁接管材料，选用的条件是严格按照相关的使用条件与材料特征，在材料的强度等级上应当充分按照相关的壳体条件，既不能过低也不能过高，这是由于等级强度与焊接的质量之间有着紧密的联系，过高的强度等级会降低补强的压力容器的整体效果质量。当强度等级比较低的情况下会影响对接管流通的面积，从而降低了焊接的效果与补强后的压力水平，最终造成加工误工现象的发生。在压力容器设计压力比较高的情况下，可以考虑采用整体锻件的补强方式，在压力容器设计压力比较低的情况下可以利用无缝接管补强的补强方式。

4结论

在压力容器设计过程中开孔补强是一种非常关键的操作环节之一，设计效果与压力容器的使用性能之间有着紧密的联系，为此在开孔补强的设计过程中应当充分考虑到压力容器的具体使用情况，选择合适的开孔补强方式，避免在压力容器壳体中产生应力集中的现象，在开孔补强设计中从安全与可靠的角度提升压力容器开孔补强设计效率，从而最大限度地发挥使用性能，从而在压力容器的检修与维护中能够方便有效地进行，最终促进生产活动的积极有效开展。

参考文献：

[1]李新.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].石化技术，2017，24（05）：30+44.

[2]王洪革.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].内燃机与配件，2017（05）：118-119.

[3]林向红，黄爱军.压力容器开孔补强设计的应用分析[J].中国设备工程，2017（03）：93-94.

[4]姜凯.开孔补强设计在压力容器设计中的应用[J].工程技术研究，2017（01）：38+42.