開孔補強設計在壓力容器設計中的應用

馮 浩

（中國石油集團東北煉化工程有限公司錦州設計院，遼寧錦州 121000）

開孔補強設計在壓力容器設計中的應用

馮 浩

（中國石油集團東北煉化工程有限公司錦州設計院，遼寧錦州 121000）

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。

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。

［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.

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

馮浩（1983—），男，遼寧錦州人，工程師，主要從事設備設計工作。