开孔补强设计在压力容器设计中的应用探讨

摘 要：科学技术的发展与进步促使化工行业发展迅速，其生产流程也更加复杂，伴随而来的是毒性更强、更加容易燃爆的气体和液体，对气液体的存放带来更为严格的考验。开孔补强设计是压力容器重要的生产环节，引起人们的高度重视，并使用开孔补强技术提升压力容器的抗压能力，增加存放气液体的安全性，保证人们的生命财产安全。 所以，本文对开孔补强设计在压力容器设计中的应用进行探讨。

关键词：开孔补强设计；压力容器；应用

1 补强圈设计在压力容器设计中的应用

局部补强作为一种常见补强方式被广泛应用于压力容器设计中，补强圈补强方式有助于实现这一目标。将补强操作应用于补强圈中时，需要将补强板焊接于压力容器壁上，在确保强度在金属开孔周边容器壁中提升的过程中，需要对容器壁中金属的厚度进行利用。补强板的焊接通常在容器外进行，从而提升施工便捷性。同补强板内部焊接相比，外部焊接更有助于完善压力容器性能，能够有效提升其强度耐力和抗压能力。在将补强圈设计应用于压力容器设计中时，应注意以下内容：

1.1 严格控制补强板厚度

设計人员应根据容器实际规格有针对性的选择补强板，并在综合考虑补强特点以及容器开孔需求的基础上，科学的确定补强板厚度。一般来讲，以容器开孔厚度为基准，补强板的厚度应是其1.5倍左右。如果实际施工中使用了较厚的补强板，将增加焊接的角度，从而很容易增加间接应力；严格选择补强板材料也是至关重要的。要求该材料在使用过程中，不仅应当拥有较强的延展性，同时也必须拥有较强的可塑性。在控制补强钢板强度的过程中，应确保其低于400MPa。

1.2 补强圈技术的应用应当与补强圈的使用范围相符

压力容器在被应用于化工企业中时，需要长期在氧化性和腐蚀性较强的环境中运行。同时需要面对较大的温差变化，此时不适合使用补强圈。如果较大的荷载力被作用于压力容器中，此时也不适合使用补强圈。焊接开孔峰值应力范围是控制补强圈金属的重要内容，只有确保其始终处于这一范围内，才能够提升补强效果，在将开孔补强操作应用于低合金高强度钢容器中时，此时对补强圈局部补强进行充分的应用能够提升设计质量。而如果开孔补强不适合应用局部补强，此时要想促进压力容器使用性能的提升可以对整体补强进行应用。

2 厚壁接管补强技术在压力容器设计中的应用

设计压力容器时，开孔补强技术中厚壁接管补强技术的作用也是不容忽视的，然而该技术实际使用过程中，对厚壁接管材料选择要求较高，影响厚壁接管材料选择的因素较多，例如其同压力容器运行环境和壳体材料性质都具有紧密联系，要想提升补强设计功能，必须对相同的压力容器壳体材料和补强材料进行应用，此时，如果壳体材料应力高于补强材料，此时要想缓解应力不足的现象，可以采取对补强面积进行适当增加的措施；此时如果壳体材料应力低于补强材料，此时要想提升应力协调性，应使补强面积不断缩小。在实际操作中可以发现，当将开孔处理应用于容器中时，会导致持续上升的现象存在于边缘的局部应力中，根据局部应力分布特点，在实施补强操作的过程中，应在远离开孔边缘的位置进行。

要想促使补强材料功能在补强操作中得以充分的发挥，应将高应力区域作为焊接补强材料的关键位置，其位于开孔附近。补强面积的计算，只要刨除有效补强范围面积即可；厚壁接管补强技术的应用，如果壳体接管材料材质低于补强板，会导致压力容器使用性能受到严重影响，同时阻碍压力容器运行中功能的发挥。产生这一现象最主要的原因就是较高的强度产生于接管材料中，从而提升焊接工艺的难度，最终导致补强效果在整个压力容器中下降。

3 整体锻件补强设计在压力容器设计中的应用

整体锻件补强技术是设计压力容器时另一项重要的技术。补强设计技术在压力容器设计中的应用，其目标是在利用金属功能的基础上，促使开孔产生强度减小，从而促使平衡状态产生于壳体应力中，此时平衡的壳体应力会导致缘由在整体锻件结构中发生下滑现象。面对这一现象，整体锻件补强技术的重要性凸现出来。值得注意的是，在对该技术进行应用的过程中，必须首先磨合壳体和锻件，磨合过程相对复杂，要想提升磨合效果并减少局部应力，在实际制造中需意识到在对锻件补强进行应用的过程中，焊接难度会增加。因此，该设计法通常被应用于特殊的压力容器运行环境中。接管和封头焊接位置，接管厚壁的方向来讲，最低的补强应力存在于整体锻件中，靠近简体的位置是封头条的主要位置，其存在集中的应力，在这一位置的沿封头壁厚方向上，应力强度在该补强方式上没有太大差别。由此可见，在对厚壁接管法进行应用的过程中，较低的强度产生于接管顶端位置的应力中，其余位置都拥有较大的应力强度值，此时可以对内伸管途径进行应用。实际设计中，强度会随着内伸增长而降低，如果拥有高于15mm的内伸长度，会出现规律的接头处应力，此时应力会从270MPa减到230MPa，同时较大的位移将产生于内伸管中。由此可见，良好的补强效果将产生于整体锻件内伸位置。内伸管补强技术同补强圈补强相比，前者会产生明显的应力值变化，也将产生良好的补强效果。

4 结束语

开孔补强设计主要应用于厚壁接管、补强圈和整体锻件的设计中，通过以上三个方面的补强设计，提高压力容器的综合性能。压力容器的使用不当会引起气液体的泄露，严重威胁人们的安全，影响化工行业的发展。因此，开孔补强设计作为压力容器设计中不可或缺的环节，引起设计人员的高度重视。

参考文献：

[1]李新.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].石化技术，2017，24（05）：30+44.

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