摘要：在压力容器设计中，合理的开孔补强具有重要的意义，由于压力容器的使用寿命与开孔补强的设计质量密切相关，所以要结合压力容器的结构特点以及使用环境，合理选择补强条件，避免由于补强设计的不合理而对压力容器的性能和耐久性产生影响，同时，保证压力容器的使用安全。
关键词：开孔补强设计；压力容器设计；应用
引言
通常来说，为了满足压力容器各种功能的实现，为检修与保养提供方便，会在压力容器上面设计开孔，这就必然会对结构整体的性质产生影响，导致其所承受的压力下降，可能会在局部出现较差的应力承受能力，为了解决这一问题，开孔补强设计十分必要，应用价值极高。我国现阶段的压力容器开孔补强设计方法有多种，应该结合实际的容器结构和运行状况，选择合理的补强方法，实现合理补强，提高压力容器的使用性能。
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易中的强度设置。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GB150-2011中依次规定了锥壳、圆筒、凸形封头等压力容器中规定的开孔直径，以使容器的强度能够满足压力容器的开孔补强要求，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，充分避免可能性壳体一侧应力集中现象的发生。
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
当选择使用补强圈的方式进行补强设计时，其操作过程中需要保证满足以下两个方面：第一，要确保补强圈的厚度达到设计规范要求，进行科学性优化厚度设计。通常来说，补强圈的厚度不应该过厚，应该控制在压力容器开孔位置厚度的1.5倍以下左右，在实际工程应用提取的相关实践报告数据中，经过分析研究，当补强圈的厚度大于压力容器开孔处厚度1.5倍左右时，厚度超出了规范要求，在进行补强圈焊接施工过程中，焊接角势一定会有所增大，进而导致应力上升处于不连续状态，极易造成受力不均衡带来安全隐患。而且，还要保证所采用的补强圈能够具有与设备本体材料一样的性能，具有良好的延伸性、韧性以及优良的可塑性，保证选择的补强圈材质在常温情况下，屈服强度控制在400MPa以下；第二，当压力容器处于以下几种环境状况时，不应该选择补强圈补强设计方法，比如温度处于大幅度变化中、所处环境极易发生腐蚀以及压力容器所处环境极易被氧化等等不利的环境下；当压力容器所承受荷载处于不断变化中，也不应该采用补强圈补强设计方法进行补强。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆究其原因，制作补强圈的金属材料大多设置在开孔应力最大的位置，该位置补强程度达到较高值，所以，补强圈补强主要使用拥有较低合金程度且强度比较高的钢质容器中。一旦压力容器对于补强质量要求极为严格，并且此种局部补强的方法不能从根本达到补强的需求标准，可以选择其他的补强方法，比如整体补强方法。
2.2整体锻件补强设计
整体锻件补强通常情况下应用于要求相对较高的压力容器，如果开孔补强不适合应用局部补强设计，也可以应用整体锻件补强。开孔补强设计的主要目的便是对因为开孔而导致的强度削弱实施有效的补强，以避免应力集中而导致的故障。通常来说，在条件相同的情况下，采取整体锻件补强技术，便可以在一定程度上降低壳体应力，还可以降低应力的峰值，也不会出现新应力点，这也是整体锻件补强的优势所在。由此可见，整体锻件补强的效果十分显著。然而，虽然压力容器设计中整体锻件补强有着良好的应用效果，但考虑到壳体过渡要求，必须对整体锻件补强进行严格的质量控制，如，应确保壳体过渡的平缓性，以避免壳体一侧出现应力集中的问题。除此之外，压力容器焊接过程中，对焊缝有着十分严格的要求，必须有良好的连续性、无沙眼，因此，整体锻件补强的加工制造过程十分严格，成本相对较高，难度也比较大，其应用较少。
2.3厚壁接管补强设计
厚壁接管补强设计和其他的补强方法一样，是十分重要的补强方法，但是，在应用这种补强方法时，要合理选择接管材料，避免由于选材不合理而对补强效果产生不利的影响。选择和设计可以参照壳体材料的性质、功能，以保证金属材料的融通性。依据我国的规章和制度，在进行厚壁接管补强设计时，应该尽可能保证接管材料的强度等级以及开孔容器强度等级具有一致性，有些观点认为接管材料应该具有更高的强度等级，但是通过分析实验以及实例发现，这种观点是片面的，如果接管的强度等级较高，则无法充分发挥补强效果，反而会起到不良的负面作用，这就必然会对容器的稳定性和牢固性产生影响。如果相反，选择一类强度等级较低的材料作为接管的材料，则如果对其进行适当的增厚，则可以实现极好的补强效果，同时还应适当的实现接管流通面的调控，如果进行多重操作，将会对容器的补强效果产生不利影响，一方面，使施工工序更加繁琐，另一方面，无法对开孔补强的效果进行合理的控制，更无从保证，不利于容器功能的合理发挥。对实验分析发现，壁厚尺寸较大的接管在不同的路径中可以承受较大的应力，对于这一现象，可以通过引入内伸管来解决，由于应用的内伸管的长度会对接管的应力强度产生较大的影响，所以内伸管的长度越高，接口位置的应力强度数值就越低，引入内伸管以后，也可以实现补强效果的增强。
3开孔设计应注意问题
首先，圆筒上开孔计算直径，圆筒上可有径向接管，斜向接管和切向接管三个方向进行开孔。当对圆筒开孔的补强截面积进行分析时，要与其纵向截面的轴线相平行，在对开孔直径进行计算时，应以孔沿纵截面方向直径为基准。并对斜向接管、切向接管应取纵向截面的尺寸加两倍接管壁厚附加量，径向接管取接管内直径加两倍接管壁厚附加量。其次，凸形封头开孔。在封头中心80%直径范围内即中心球冠部分有两个方向的接管，径向接管及法向接管，由于球壳的结构为全对称，其每个截面所承受的薄膜应力等同。因此，在计算开孔直径时一律以孔的长径作为开孔计算直径。最后，开孔补强计算时应注意接管的实际外伸长度应大于接管的有效外伸长度，补强区的有效宽度B应根据接管开孔位置的实际宽度确定。
结束语
总之，在压力容器设计中，合理的开孔补强具有重要的意义。由于压力容器的使用寿命与开孔补强的设计质量密切相关，所以要结合压力容器的结构特点以及使用环境，合理选择补强条件，避免由于补强设计的不合理而对压力容器的性能和耐久性产生影响，保证压力容器的使用安全。
参考文献：
[1]韩明轩，刘丝嘉.压力容器设计的开孔补强设计应用[J].化工管理.2018（11）
[2]谢宁.压力容器设计中开孔补强设计的应用探析[J].化工管理.2018（16）
论文作者:李雪静
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/4
标签：补强论文; 开孔论文; 压力容器论文; 应力论文; 强度论文; 容器论文; 壳体论文; 《基层建设》2018年第34期论文;