开孔补强设计在压力容器设计中的应用

冯 浩

（中国石油集团东北炼化工程有限公司锦州设计院，辽宁锦州 121000）

开孔补强设计在压力容器设计中的应用

冯 浩

（中国石油集团东北炼化工程有限公司锦州设计院，辽宁锦州 121000）

近年来，随着我国工业的发展，越来越多的压力容器已经难以满足实际生产的需要。而开孔补强设计和补强设计又是设计压力容器的关键。从补强圈、厚壁接管、整体锻件三个方面入手，就压力容器开孔补强设计的技术要点进行了总结。希望通过本文的探究，更好地促进压力容器设计水平的提升，从而在满足工业生产的同时提高企业的核心竞争力。

补强圈；厚壁接管；整体锻件；压力容器；开孔补强；设计

压力容器在开孔补强设计中，主要是从其补强圈、厚壁接管、整体锻件方面着手。所以作为设计人员，在实际设计工作中，我们必须紧密结合所设计的工件，针对性地掌握其技术要点，才能更好地发挥其作用。

1 开孔补强的重要作用分析

1）随着我国科学技术突飞猛进的发展，各行各业都取得了理想的成绩与经济效益。而压力容器作为当下化工业主要的封闭设备，其使用范围非常的广泛。为提高压力容器质量，保障其安全性能，做好压力容器设计中的开孔补强设计工作就显得尤为重要。

2）为使压力容器的工作性能得到充分发挥，那么就必须进行开孔补强操作。但因为开孔补强操作性质是对压力容器本身进行开发与改造，所以在开孔补强工艺施工过程中，容易对压力容器造成破坏，使其对压力容器的强度、牢固度、整体性能造成影响。因此，为降低开孔补强对压力容器的破坏程度，在进行开孔补强设计的同时，相关设计人员必须结合开孔补强需要、压力容器材质等情况进行补强设计，使其确保开孔补强设计在压力容器中得到合理的运用，进而提高压力容器的使用性能［1］。

2 应用要点

2.1 补强圈

压力容器的开孔补强方法有：①整体补强；②局部补强。补强圈补强设计，主要是在压力容器表面进行补强板的焊接，从而增加即将设孔部位的厚度，确保可以正确开孔补强，并能提高压力容器的性能，如①强度；②韧性；③耐力；④抗疲劳能力等，进而实现科学补强。具体来说，首先注意补强板厚度，并合理设计补强板的厚度，预防补强板厚度超标。其次在选择补强板时，应确保补强板材质具有较强的性能，尤其是其延伸性和韧性以及可塑性。需要注意的是，当压力容器温度变化幅度较大，且易发生腐蚀与氧化的问题时，为防止对补强板的金属造成不利影响，不能采取补强圈补强设计方法，预防压力容器的补强质量受到影响。

2.2 厚壁接管

厚壁接管补强设计方法也是压力容器开孔补强的方法之一。为提高厚壁接管补强效果，首先在选料时，主要考虑其壳体材料性质与压力容器使用环境。换言之，厚壁接管开孔补强选用的材料，需与压力容器壳体材料相同或类似，这样才能为金属性能提供良好的协调作用。而当厚壁结构开孔补强中采用的补强材料比压力容器壳体材料的性质低时，工作人员可适当的增加补强面积，防止预防应力不足问题的发生。但当补强材料比压力容器壳体的应力高时，则需要适当的缩小补强面积，从而保证应力性能可以互相协调。其次，因为压力容器开孔补强操作会造成开孔补强边缘的局部应力上升，所以在进行厚壁接管开孔补强时，应在离开孔补强边缘较远的位置区域进行补强，这样才能确保压力容器的应力保持在正常范围内。另外，为使补强材料的性能得到充分发挥，在焊接补强材料时应在开孔补强周围高应力位置进行厚壁接管的焊接，确保其在有效的补强范围内。而针对于补强范围的计算，可根据补强范围内多余面积，对补强面积进行计算，这样才可提高补强范围的有效性，进而增强压力容器开孔补强应用水平。

2.3 整体锻件

因为在应用整体锻件开孔补强方法时，会出现压力容器壳体的应力水平下滑的现象，使其无法产生新的压力点，所以可有效的提高压力容器壳体的抗压能力、韧性、强度、牢固度等。不过整体锻件补强与壳体磨合比补强圈补强更加得困难。所以，应确保壳体与整体锻件可以顺利磨合，这样才能防止磨合期间造成压力容器壳体局部产生应力集中的问题。其次，整体锻件补强方法对焊接技术也有着更高的要求，这样不仅会增加焊接的难度，也会增加成本，所以整体锻件开孔补强方法，一般只在设计精度较高或压力容器使用环境恶劣的情况下应用。而在实施整体锻件开孔补强方法过程中，当应力强度值较低时，接管的上端应尽量远离开孔补强位置，这样才能使整体锻件补强的弯曲应力强度提升，提升膜应力的强度。其次，因为接管与封头接近简体的位置有一处应力集中点，所以在接管与封头焊接处接管壁厚方向区域，整体锻件补强应力最低，但其他路径上应力强度值均比较大。因此，为提高压力容器整体锻件补强效果，可采用内伸接管补强的方法，来降低其他路径上应力强度值，这样不仅可以提高压力容器开孔补强效果，同时还能保障压力容器使用性能。总而言之，无论采用哪种开孔补强方法，设计人员都需根据压力容器的相关标准与要求进行开孔补强，这样才能提高开孔补强的质量，延长压力容器使用年限，提高压力容器使用性能。

3 结束语

综上所述，压力容器的设计离不开开孔补强设计工作，因为其是促进压力容器使用性能发挥的重要举措。所以我们必须科学、合理地确定开孔补强方法，才能有效地避免安全事故的发生，优化压力容器的使用性能。

［1］ 臧少锋.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析［J］.中小企业管理与科技（下旬刊），2016，（01）：220.

Application of Opening Reinforcement Design in Pressure Vessel Design

Feng Hao

In recent years，with the development of China's industrial undertakings，more and more pressure vessels have been diffi cult to meet the actual production needs.And the hole reinforcement design and reinforcement design is the key to the design of pressure vessels.Therefore，this paper mainly on the reinforcing ring，thick-walled tube，the overall forgings three aspects of the pressure vessel opening reinforcement design of the technical points were summarized.It is hoped that through the research of this paper，the level of the whole pressure vessel design will be promoted better，so as to satisfy the industrial production and enhance the core competitiveness of the enterprise.

reinforcement ring；thick-walled pipe；integral forging；pressure vessel；opening reinforcement；design

TQ053.2

A

1003-6490（2016）07-0119-02

2016-07-06

冯浩（1983—），男，辽宁锦州人，工程师，主要从事设备设计工作。