開孔補強技術在壓力容器設計中的應用

顧翠華

摘要：在化工企業的生產過程中，壓力容器的應用非常廣泛，壓力容器的合理設計有利于生產安全的保證，同時也有利于壓力容器功能的更好實現。在這種情況下，擴孔補強是在壓力容器設計過程中有效應用的方法之一。選擇的入口點是整體鍛件的加強，加強環的設計以及厚壁噴嘴的加強。

關鍵詞：壓力容器設計 開口加固技術 整體鍛造 厚壁噴嘴

引言

在進行壓力容器的設計過程中，開孔非常重要。開孔補強技術的應用有利于容器整體質量的提升。在壓力容器工作的過程中，設備由于內部壓力的變化，導致整體結構也會出現一定程度的變化，而且由于設備的局部承受能力不足，很可能導致危險的出現。進行開孔補強技術的應用研究在提升壓力容器設計效果方面很有必要。

一、補強圈

加強方法的局部加強是廣泛使用的設計方法，并且通過使用補強圈加強方法可以有效地實現該目標。補強圈方法是一種將補強圈焊接到壓力容器壁上從而增強厚度以提高壓力承受能力的方法，同時由于是環狀結構，具有更好的穩定性，常見的結構見圖 1。再加上焊接通常只能在外部進行，操作較為方便，質量檢測也便于開展[1]。

根據容器的規格，設計人員必須以所需的方式進行有效的加固，然后根據容器開口的相關要求和加固的特定特性來計算和確定加固板的厚度。正確選擇加固板的材料非常重要，并且需要確保所選材料在使用過程中具有延展性和可塑性。

化工企業常用的化學容器的使用環境一般是腐蝕性和氧化性的，使用過程中的溫差變化很大，因此不宜使用補強圈來增強。如果壓力容器承受較大的負載，則不宜使用加強環進行加強。控制補強圈的金屬間焊接的峰值應力范圍非常重要。僅當將效果控制在適當范圍內時，才能改善效果[2]。

二、厚壁接管加固方法

在壓力容器的設計過程中，不能忽略開口加固方法中的后壁連接加固方法，但是在實際應用中，對后壁連接材料的選擇和厚壁連接材料的選擇提出了很高的要求，壓力容器見圖 2。連接材料產生壓力因素例如容器的工作環境相對較多，并且殼材料緊密相關。應使用相同的增強材料和壓力容器外殼以增強效果。如果增強件的應力低于殼體材料的應力，則必須使用合適的增強件來解決應力不足的問題。加固區域。如果加固的應力大于護套材料的應力，則必須減小加固地面積以改善應力的協調性。

為了提高加固在加固工作中的性能，有必要將焊接加固過程中高應力的位置作為關鍵，并且其位置應靠近開口[3]。計算加固面積時，只需減去有效加固面積即可。在應用厚壁管加固技術的過程中，如果加固板比殼管材料高，將嚴重影響壓力容器的性能并達到功能匹配。但是在實際加固過程中發現該操作受到了限制，主要是因為管道材料的強度較高，焊接工作的難度提升，焊接質量無法有效保證，這樣就導致了增強效果并不能達到預期。

選擇管道材料時，以外殼本身的材料為標準，如果管道材料的強度低于外殼材料的強度，則要增強加固效果，則需要增加管壁的厚度。另外，可以很好地控制和有效控制噴嘴的流通面積，使焊接過程更加方便，最后可以實現壓力容器的加固效果。

三、綜合鍛造補強技術

在設計過程中，還可以采用整體鍛造技術來增加強度，這一技術的應用是利用整體補強，降低開口帶來的強度變化影響，對整體的壓力進行平衡。此時，如果殼體的應力平衡，則整個鍛造結構就會滑動。針對這一現象，還揭示了整體鍛造補強技術的重要意義。應特別注意運轉的殼體和鍛件，這是應用此技術時要做的第一件事。整個執行過程相對復雜。為了實現預期的設計效果，就必須進行合理的分析，而且需要認識到每一種方法的優先與缺點，這種技術雖然能夠有效加固，但是整體焊接難度大，必須控制局部應力，因此常常用于一些特殊的壓力容器設計與開孔補強過程中。

如果僅選擇噴嘴，焊頭焊接位置和噴嘴厚度方向作為入口點，則在所有鍛件中，增強應力值最小，應力集中在焊頭中。在該位置，沿著頭部的壁厚方向，并且在增強應力強度的方法上沒有明顯差異。當采用厚壁連接方法時，可以很容易地分析出，相對較低的強度應力經常出現在連接的頂部，并且在其他位置出現的大多數應力相對較大。內延長管的強度隨著其增加而持續降低。如果內部伸長率大于一定長度，則在接合位置處的應力會大大降低，而同時會發生更大的位移[4]。

四、特殊設計

在加固壓力容器的過程中，一般采用等面積加固設計方法，主要是為了確保加固的截面積大于有效開口的損失面積。可以將理論模型視為不受面積限制的平板開口，并且不存在會增加偏差的過度彎曲。

分析和設計方法的模型是假設外殼和噴嘴為整體的結果，因此，在這種情況下應用時，必須確保焊接接頭的熔深力和質量。該方法主要基于彈性分析和幾何極限的建議設計準則，從而可塑性足夠，循環載荷最大，并且在打開操作期間可確保最大的安全性。

五、結束語

開口補強方法在壓力容器的實際設計中起著非常重要的作用。為了避免開放處理對整個容器外殼的強度和盡可能多的局部應力集中的影響。對于大問題，需要特別注意開口加固的設計，以使壓力容器在實際應用過程中避免潛在的安全隱患。通過使用不同類型的開口設計解決方案，并通過對合理的設計方法進行具體的分析和研究，可以盡可能避免不必要的損壞，并最終創造出良好的性能，壽命和整體質量的壓力容器。

參考文獻：

[1]張磊，曹“.開孔補強技術在壓力容器設計中的應用 [J].石化技術，2020，27（03）：221-222.

[2]張旭，王麗萍.開孔補強技術在壓力容器設計中的應用 [J].化工管理，2019（36）：126-127.

[3]何禹.淺談開孔補強技術在壓力容器設計中的應用[J].中國設備工程，2019（11）：134-135.

[4]葛建社.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用研究[J].中外企業家，2019（12）：141.

（作者單位 ：江蘇恒德力化工設備制造有限公司 ）