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试分析压力容器设计中开孔补强设计的应用

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王海平

[导读] 摘要：根据字面的意思能够明白，压力容器是一种能够承受压力的容器，压力容器属于密闭性容器，在工业、农用等多个领域中站重要地位，尤其是化工行业，对压力容器的应用尤为广泛。

        江苏四方锅炉有限公司江苏徐州 221000
        摘要：根据字面的意思能够明白，压力容器是一种能够承受压力的容器，压力容器属于密闭性容器，在工业、农用等多个领域中站重要地位，尤其是化工行业，对压力容器的应用尤为广泛。在压力容器的整体设计中，开孔补强设计是极为重要的设计环节，必须根据其实际功用进行强化设计。本文从开孔补强设计简述入手展开阐述，继而深入分析开孔补强设计在压力容器设计中的具体应用。
        关键词：开孔补强；压力容器设计；技术应用
        引言
        相对而言，压力容器设计和制造都具有一定的复杂性，在压力容器制造中，容器壁开孔是很关键的，给压力容器开孔时，首先要针对开孔实际功能的要求标准，合理掌握整体结构强度和受压能力。大多时候，压力容器都是被应用于高温高压环境，压力容器设计与制造工艺以及制造材质方面的缺陷，再加上外部环境对其形成的影响，都提高了压力容器的故障形成率，其中容器壁的开孔处出现故障的几率最高，因此，很有必要针对开孔补强设计在压力容器设计中的应用进行深入探讨。
        1、开孔补强设计简要说明
        1.1开孔补强设计的意义
        之所以在压力容器上实施开孔设计，其主要目的就是为了便于压力容器投入使用后的检修与维护，为保持压力容器的健康运行状态提供保障，促使容器能够正常稳定运行。在容器壁上开孔接管的部位会因为几何不连接而降低容器强度，接管与容器连接的部位会成为各种应力的集中处，各种应力与材质和制造缺陷等问题的共同作用会致使这一部位比较脆弱，因此更容易出现故障，在容器开孔部位进行补强设计，会消除以上弊端。
        1.2开孔补强设计公式
        在压力容器开孔补强设计中，正确计算补强设计是十分重要的，这关系到开孔补强设计的合理性，在当前的压力容器开孔补强设计中，进行补强设计计算，主要就是将补强设计的多余面积以及有效厚度与计算厚度的差和补强区域焊接时的金属截面积相加大于或者等于压力容器补强面积。在实际的补强设计中，设计人员要进行全面性考虑，保证设计的科学性和可靠性。
        2、压力容器设计中开孔补强设计的有效应用分析
        2.1厚壁接管补强设计在压力容器设计中的具体应用
        在当前的压力容器设计中，对厚壁接管补强设计的应用已经成为普遍现象，在设计过程中，必须慎重考虑补强材质的选择，以此保证厚壁接管补强的实际效果符合相关标准。在相关文件中，已经明确给出了对厚壁接管补强设计的具体标准，要求中说明，压力容器厚臂接管补强必须选用与壳体相同的材质，不然的话极有可能会对压力容器的金属性能造成负面影响，进而大幅度降低压力容器整体强度水准。政府有关部门针对压力容器接管有效补强面积、开孔以及开孔补强的面积制定了具体的要求标准，设计人员必须严格遵照相关规范和要求标准进行压力容器厚壁接管补强设计，保证补偿效果安全可靠，为压力容器整体设计质量提供有效保障，并且在设计方案中明确标注，厚壁接管所用材质必须与壳体材质的等级保持一致。经过具体应用得到结论，假如选用的厚壁接管材质等级高于压力容器壳体，会在补强效果上形成反作用，甚至会严重影响到补强结构的整体性能，由此可见选择厚壁接管材料的重要性，基于此，必须以压力容器壳体材质为参照物，进行厚壁接管材料的选择，保证两者的一致性，避免出现因为厚壁接管材料选择不当而降低补强结构整体性能的严重问题，给压力容器整体设计留下质量隐患。

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再者，假如选择厚壁接管材料过程中，选用的材料比压力容器壳体材料等级低，进行接管焊接时，就会对接管流通面积形成不利影响，以至于形成厚壁接管补强设计的缺陷，这种种现象都足以说明，进行压力容器厚壁接管补强设计时，必须正确选择接管补强材料，有效保证厚壁接管材料与压力容器壳体材料的一致性，保证厚壁接管补强设计的合理性，真实体现出厚壁接管补强的最佳效果。
        2.2整体锻件补强设计在压力容器设计中的具体应用
        在压力容器设计中，整体锻件补强设计属于关键性补强手法，也是压力容器开孔补强设计的一种主要方式，进行开孔补强设计时，若是运用局部补强方式无法达到理想的补强效果，就需要应用整体锻件补强方式。由于压力容器开孔会降低压力容器整体强度，所以必须在开孔部位进行补强，弥补开孔部位因为应力集中等原因而容易出现故障的弊端，在具体实践中表明，与局部补强方式相比较，在同样的条件下，运用整体锻件补强方式，具有以下几个优质特点，首先有利于促进压力容器壳体应力的降低，其次，还能促使应力峰值得到某种程度的减弱，再者，还能避免新应力点的产生。通过这些实际特点，能够充分体现出整体锻件补强方式具备比较明显的应用优势。纵然是整体锻件补强具备诸多优点，在具体应用中，还需要注意切实加强质量方面的管控，特别是壳体过渡部位，必须保证高度的平缓性，全面防止壳体内出现应力停留现象危害整体压力容器的安全性。再者就是，焊接是整体锻件补强的关键性工艺之一，压力容器对焊接质量的要求极为严格，进行焊接作业时，绝对不能有沙眼问题的存在，必须保证充分的连续性和严密性。整体锻件补强的劣势就是技术要求太过严格，资金耗用量和应用难度也相对较大，很可能因为实际应用中的一点疏忽而影响整体的补强效果。
        2.3.补强圈设计在压力容器设计中的具体应用
        根据全面调查统计显示，在具体的局部补强设计中，补强圈补强设计最为常见，这种方式的实施，最关键的就是将补强板焊接在容器壁的脆弱部位，借此提高压力容器受压能力，保证压力容器的整体功能性。相关人员对此进行调查研究后得出结论，在补强圈设计中，同样截面积的补强材料应用于不同的容器部位，产生的应力系数也会出现比较明显的差异，所以，在实际的补强圈设计中，还需要以压力容器的具体情况为可靠参考。
        补强圈设计的原理是借助外部焊接手法获得补强效果，促使压力容器的使用性能和安全性得到提高，同时增强容器开孔部位的牢固性。在具体应用过程中，需要充分重视以下两点：第一，设计当中要结合各种因素进行全面考虑，针对补强板的厚度进行有效控制，将补强板的厚度掌握在开孔部位厚度1.5倍之内，否则会对焊接作业形成阻碍。而且，一旦出现补强板过厚现象，就会连带性的出现焊接角过大的问题，妨碍应力的连续性。此外，还要注意补强板材质的选择，确保补强板的延展性与塑性等等全面符合压力容器的实际需求。第二，补强圈补强方式并不是适用于所有压力容器开孔补强作业，特别是在高腐蚀性、高氧化性以及环境温差太过悬殊以及承受荷载频繁变换的环境中，最好不要应用补强圈补强方式。
        结语
        总而言之，开孔补强设计在整体压力容器设计中的重要性是不容忽视的，科学合理的压力容器开孔，能为压力容器的检修与维护提供极大便利，而开孔补强设计则能够弥补开口位置应力承受的缺陷，最大限度的提升压力容器的整体性能。基于开孔补强设计的积极作用，在具体的设计工作中，必须以满足设计要求为原则，加强对补强方式和补强材质的分析与控制，以便实现优质的补强效果。
        参考文献：
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