浅谈开孔补强技术在压力容器设计中的应用

浅谈开孔补强技术在压力容器设计中的应用

耿丽媛

淄博太极工业搪瓷有限公司 山东省淄博市 256400

摘要:开孔补强技术，它属于压力容器实际设计期间较为关键性设计内容，对此项技术实操有着一定标准和要求。鉴于此，本文主要围绕着压力容器实际设计当中开孔补强技术应用开展深入地研究和探讨，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

关键词:开孔补强；技术；压力容器；设计；应用

前言

在压力容器具体设计进程中，往往有着不同的工艺技术标准，维持设备正常稳定的运行状态。开孔补强技术属于设计压力容器期间较为重要的一项科学技术，对维持压力容器安全可靠的运行状态可起到基础保障作用。因而，综合分析压力容器实际设计当中开孔补强技术应用，有着一定的现实意义和价值。

1. 压力容器的开孔补强技术方法和补强要求

1. 1. 技术方法

1）在压力面积层面

压力面积方法，它是以压力容器内部压力面积、开口位置金属的支撑面积两者平衡原理。压力面积方法适合应用至压力容器内部单个垂直的连接管、倾斜式连接管、平行开口相关补强技术^[1]。

2）在弱化系数层面

开口喷嘴和压力容器的壳壁连接位置最大应力能够屈服，对绘制的系数图和弱化系数开展实验分析工作，塑性变形处于一种塑性破坏极限状态当中，其应用到内部压力圆柱形、锥形径向的开口、球形壳形，材料使用通常是计算长期性能，亦或者是锥形、圆柱形等规格设计。对外部未连接开口喷嘴，若连接管与开口处接头增强，需对结构位置实施焊接操作，尤其要关注焊接泄漏与焊接高应力层面内容。

3）在PVRC层面

压力容器壳体壁、端部顶部、开口喷嘴面积失效情况下所产生峰值压力，其和无开口压力容器屈服压力呈对等状态，能够满足于压力容器喷嘴与开口最大3倍效应容许应力。化工业压力容器标准化应用范围，能够施加或者接受化工容器凸头、球壳、压力圆筒等周边径向单个的圆形开口，压力容器当中临近开口边缘距离尺寸需满足实际需求。

1. 2. 补强要求

打开容器壳体后，相对光滑孔位置，壳体喷嘴位置应力明显集中。但其却有十分明显的局部衰减速率，需积极引入开孔补强技术设计。因洞口边缘位置应力潜在局部特性，应用局部的补强技术可获取较为明显的效果。常用补强技术以补强的技术环、厚壁管、锻件为主。

2. 压力容器设计技术问题

一是，压力容器具体设计过程开口补强相关问题。在打开压力容器后，整体强度呈现程度不同削弱状态。开口局部会有集中应力产生。因破坏了原有均匀膜应力，导致孔边应力呈不均匀地分布状态，也就是局部的膜应力处于集中状态；壳体的开口边缘处和连接管有不连续性应力产生；因截面缺乏规则性，喷嘴与壳体连接角位置集中较多应力^[2]；二是，压力容器腐蚀层面。腐蚀影响因素以压力、介质温度为主，对于喷嘴腐蚀的裕量实际取值范围，需结合实际情况予以合理设定。喷嘴腐蚀实际裕量如果是容器外壳自身腐蚀裕量起着决定作用，则薄壁喷嘴开口处加强并不是较为充分。故应当和喷嘴筒体的腐蚀裕量维持同等参数值状态，小直径与薄壁喷嘴，应当积极引入补强技术手段，包含着锻造管、硬壁管。

3. 压力容器当中补强技术有效应用

3.1 在加强环层面

局部补强技术，它属于补强技术常用技术手段，广泛应用至压力容器当中。加强环实际发挥加强作用期间，加强板应当焊接在压力容器壁上面，保证金属开口四周容器壁当中强度的提升，更好地把控容器壁金属实际厚度。在一定程度上，焊接加强板进行于容器外部，施工作业机更具便捷性。那么，对比内焊加强板，实施外焊作业对压力容器自身性能可起到良好改善作业，确保其抗压能力及耐久性强度能够得到提升。着重考虑到补强技术特性、集装箱的开口要求为基础，将补强技术板最佳厚度确定下来。参照容器开口处厚度，该加强板实际厚度需超过1.5倍。施工作业期间四用加强板倘若较厚些，塑性相对较强。钢筋板自身强度把控期间，需确保其在400MPa以下；钢筋环科学技术应当和钢筋环实际应用范围维持一致性状态，不适合引入加强环。对于压力容器若施加大负载力，开口处加强件倘若并不适宜局部的加强件，便可借助加强件，将压力容器实际应用性能提升^[3]。

3.2 在厚壁喷嘴层面

压力容器具体设计期间，开孔补强技术当中厚壁喷嘴的补强作用技术作用不可忽略。在一定程度上，厚壁喷嘴施工材料存在着较多选用因素，如其和压力容器实操环境、壳体材料自身质量等密切相关。为确保补强技术的设计功能得以提升，需选定同等压力容器的壳体材料及其补强技术所需使用材料。在壳体材料所产生应力比补强技术所用材料应力大的情况下，可积极落实各项措施或者手段，将补强技术实际面积增加，避免应力不足现象产生。厚壁喷嘴有效补强技术运用层面，壳体喷嘴所用材料若比补强技术板低，则会影响到压力容器实际使用性能，对压力容器实操功能产生约束作用^[4]

。这一现象产生原因大部分是因喷嘴材料强度增强，焊接作用难度系数倍增，导致压力容器难以获取更高增强效果。

3.3 在整体补强层面

整体补强技术，即壳体厚度增强、焊接的厚壁管补强技术、壳体整体上补强锻造技术、全焊接式结构等。相比补强技术手段，整体补强这种技术手段优势较为突出。针对低压与中压容器，因补强技术所设压力相对较低，补强技术实施效果及质量均无特高标准，经济角度分析中可了解到板卷钢管与无缝钢管较大直径情况下，厚度需把控至合理范围；若反之，需借助管道锻造实施有效补强，倘若实操不当，则压力容器整体补强处理技术效果难以的提升

3.4 在整体锻造层面

开孔补强设计，即补充或者是提升压力容器所在开孔位置强度。在该设计手段之下，可促使开口实际质量、等级、强度等均得到提升，充分凸显出开口处压力容器完整性。相比较环补强技术，整体锻造式补强技术优势突出，开孔区域若均匀分布着应力，整体锻造补强技术作用可得到有效发挥。但期间需注意整体锻件补强各项标准和要求的有效应用，合理应用该方式方法。此项技术实际应用期间，材料及劳动力层面往往有着极高成本，故应用期间要求技术员予以细致地检查。

4. 若干注意事项

4.1 在连接管长度层面

技术员经焊接作业，妥善连接好各个连接管，而这一过程当中，确保连接管长度充足较为关键，便于完美地连接好壳体及加强环的连接管角间隙。

4.2 在添加加强环层面

配筋计算期间，若CIA杨配筋环，需把控好钢筋环范围。选定补强技术，需考虑到补强技术标准环自身结构参数和性能。施工作业期间，需确保加强环上面采用M10螺纹孔，便于实施焊接连接实操质量检查，为加强环整体质量的提升奠定基础。此外，技术员需对角焊接可有渗漏现象实施细致检查，保证加强设计的科学合理性。

5. 结语

从总体上来说，压力容器实际设计期间，为更好地保证该装置维持可靠且稳定的运行状态，要求技术员注重实践经验不断累积，把握好开孔补强技术实际应用要点，确保着压力容器实际设计当中开孔补强技术应用效果得以提升。

[参考文献]

1. 廉路晨.化工压力容器设计中的选材和补强分析[J].化工设计通讯,2018, 44(10):102-103.

[2]吕学鲁.压力容器等面积开孔补强技术在两种规范中的比较[J].化工管理, 2020,10(010):711-712.

[3]唐清辉.化工压力容器的选材及补强设计方案研究[J].化工设计通讯, 2019,45(010):159-160.

[4]冯宏.分析开孔补强设计在压力容器设计中的应用[J].中国化工贸易,2015, (18):113-113