开孔补强设计在压力容器设计中的应用

来源：核心期刊咨询网时间：2017-04-26 14:4912

摘要：这篇物理类核心期刊论文探讨了开孔补强设计在压力容器设计中的应用，压力容器在我国化工业应用越来越广泛，论文主要分析压力容器设计中开孔补强设计的运用，并对不同补强方式的优势进行阐述。探讨了开孔补强设计在压力容器设计中的应用。

　　这篇物理类核心期刊论文探讨了开孔补强设计在压力容器设计中的应用，压力容器在我国化工业应用越来越广泛，论文主要分析压力容器设计中开孔补强设计的运用，并对不同补强方式的优势进行阐述。探讨了开孔补强设计在压力容器设计中的应用。

　　关键词：物理类核心期刊论文,压力容器,开孔补强,应用

　　在压力容器设计中，开孔补强是为了实现安装接管压力容器功能的需要，然而安全、合理的补强结构设计是保障压力容器质量的基本要求，开孔补强结构也影响着压力容器的成本。开孔补强设计必须考虑要足够的金属来补偿开孔的强度。开孔补强法的补强尺寸范围超出等面积法适用范围，要求容器内径Di≥1500mm，接管内径d≥1000mm与314Rtmm中的大者，Rn/R≤0.7。压力容器设计可分为三种设计方案，第一种为补强圈补强;第二种为整体补强;第三种为厚壁接管补偿。增加壳体的厚度是整体补强的目的,以全焊透的结构形式将厚壁接管、整体补强锻件与壳体相焊是实现整体补强的过程。在压力容器设计中,补强圈补强、厚壁接管补强普遍存在。然而补强圈补强适用于操作低温度的低压容器中,其补强设计是根据等面积法来补强的。因为补强圈结构与被补强壳体间具有不连续性的特点,并跟壳体的搭焊结构起着局部的应力，因此在使用时受到了一定的条件限制。容器设计压力必须要小于614MPa，并且要低于350℃的容器设计温度，以低于38mm的厚度为容器壳体开孔处的厚度，以540MPa范围以下为容器壳体钢材标准抗拉强度下限值，并不能让容器的载荷超出承载力，处于疲劳状态。同时,不能使用危害介质高的容器。厚壁接管补强则不受这些条件的限制，它的结构简单，而且焊缝少，以及焊缝的质量很容易检验，同时补强的效果良好。所以，该使用范围广泛于补强圈补强，而且该种补强方式也适用于GB150-1998《钢制压力容器》中。

　　1分析开孔补强设计的内容

　　在压力容器的壳体开孔后，通常都会有接管，在这样的的情况下开孔的边缘会存在应力和着应力的集中。而压力容器的开孔接管对容器主要有以下几个方面的影响。第一，孔边缘局部应力的集中。第二，容器承载材料的削弱。第三，接管和壳体的连接处因不连续结构引起的附加边缘应力。所以，在容器设计中，以准确的计算参数对补强管、补强圈、整体补强进行计算是关键的环节。应严格设计整体的流程，认真分析设计的参数，从而保证容器设计的质量。在设计容器壁时，支座、口径的设计千万不能忽略，必须按照标准化、规范化对设计进行约束;并采用合理、有效的方式对设计条件修正标准件，从而保证压力容器的实用性及安全性。

　　2开孔补强设计在压力容器设计中的应用

　　2.1补强圈补强设计

　　压力补强的开孔补强方式有很多种，主要分为整体补强和局部补强，局部补强中的补强圈补强设计在压力容器补强设计中被广泛应用。补强圈补强的方式主要通过对压力容器容器壁上进行焊接补强板，以至于增加开孔处容器壁的金属厚度。针对压力容器的制作过程，我们可推出通过在容器壁的外部来焊接补强板相对比较容易，而且操作方便，同时提升了压力容器的耐力、韧性及强度，以增强开孔处的疲劳性能为目的。当使用补强圈来补强设计时，必须明确以下两方面，一方面，关注补强板的厚度及优化设计。然而使用补强板的厚度范围必须控制在压力容器开孔地方厚度的1.5倍以下，如果补强板的厚度超过其开孔处厚度的1.5倍时，焊接角就会随之增大，这样就会造成应力不断上升。而且在还需要确保所选的补强板能够具有一定的可塑性、韧性以及延伸性，一般在正常的温度下，应该都要小于400MPa，只有这样才能使补强圈补强设计在压力容器设计中得到有效运用。另一方面，如果压力容器处于较为容易氧化、容易发生腐蚀、温度变化幅度较大的环境中时，最好不要选择补强圈补强设计方法。因为补强板的金属处于孔峰的应力位置时，其补强程度高于其他，这样足以说明补强圈补强更适用于合金程度较高或者较低的钢质容器中，这样才能更好地保障压力容器的设计质量。

　　2.2整体补强设计

　　开孔补强设计指的是对容器开孔处的强度进行补充，从而提高开孔处材质的等级和强度，从而保证压力容器的质量及其完整性。然而整体锻件补强技术具有其独特的优势，一般在保持容器外壳的应力降到最低水平时，可从整体上发挥出其最佳的补强功效。而整体锻件补强的设计也有许多的要求，尤其是对其壳体的过滤要求，必须保证其壳体的平缓渡，进而防止出现过多的应力在过滤渡地带壳体上，以至于从总体上达到最优的补强效果。这样对过滤焊缝等各项方面的要求也不断提高，从而导致工程的难度加大，以及扩大了施工的成本，同时也会影响压力容器补强设计的整体效果。因此，在压力容器对补强质量的需求较高时，我们应尽量选择整体的补强方式，这样才能够更好地满足补强的需求。

　　2.3厚壁接管补强设计

　　厚壁补强设计通常都会根据壳体的使用条件和材料特征来决定的，通过选择合理的材料可使金属的强度及特性得到有效的保障。要想使补强的效果得到有效运用，应加大整个接管的流通面积，开孔所需的补强面积计算公式AA=d×δ+2×δ×δet×(1-fr)式中，δ按GB150-1998《钢制压力容器》第8.5.1.3条a)或c)确定：开孔位于以椭圆形封头中心为中心80%封头内直径的范围内，δ按下式计算：δ=Pc×K1×Di2×[σ]t×φ-0.5Pc。还需选择低于母材壳体强度等级的接管材料，因为若选择高于其强度等级的接管材料将对压力容器造成很大的负面影响，也会影响整体的补强结构质量。在设计厚壁补强时，主要采用锻件加工或者是无缝钢管，这样可以减少加工的误差，从而降低整体工程的负面影响。而且无缝钢管具有要求厚壁不大、造成较小压力的特点，然而锻件加工一般适用于厚壁较大的补强中。所以，在设计中的补强厚壁不大、压力不高时，就应选择无缝补强方式，在设计补强厚壁需求很大、压力要求也很高时，应优先选择整体锻件加工的方式，这样才能够更好地满足整个补强的要求。

　　3结语

　　开孔补强是压力容器设计中不可缺少的一部分，其对压力容器的使用寿命具有一定的影响意义。在压力容器设计操作中，应结合不同方式的优势进行合理补强，选择有效的开孔补强设计，凸显出补强的最佳效果，这样才能降低压力容器的运作风险。同时有助于降低开孔对容器壁的破坏，提高压力容器的可靠性，进一步保障压力容器的性能。

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　　作者：林向红 黄爱军 单位：浙江省绍兴金泰容器制造有限公司 浙江省龙盛薄板有限公司

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