開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馮 浩

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計(jì)院，遼寧錦州 121000）

開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馮 浩

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計(jì)院，遼寧錦州 121000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的壓力容器已經(jīng)難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。而開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)又是設(shè)計(jì)壓力容器的關(guān)鍵。從補(bǔ)強(qiáng)圈、厚壁接管、整體鍛件三個(gè)方面入手，就壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。希望通過(guò)本文的探究，更好地促進(jìn)壓力容器設(shè)計(jì)水平的提升，從而在滿足工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

補(bǔ)強(qiáng)圈；厚壁接管；整體鍛件；壓力容器；開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)；設(shè)計(jì)

壓力容器在開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，主要是從其補(bǔ)強(qiáng)圈、厚壁接管、整體鍛件方面著手。所以作為設(shè)計(jì)人員，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，我們必須緊密結(jié)合所設(shè)計(jì)的工件，針對(duì)性地掌握其技術(shù)要點(diǎn)，才能更好地發(fā)揮其作用。

1 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的重要作用分析

1）隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各行各業(yè)都取得了理想的成績(jī)與經(jīng)濟(jì)效益。而壓力容器作為當(dāng)下化工業(yè)主要的封閉設(shè)備，其使用范圍非常的廣泛。為提高壓力容器質(zhì)量，保障其安全性能，做好壓力容器設(shè)計(jì)中的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作就顯得尤為重要。

2）為使壓力容器的工作性能得到充分發(fā)揮，那么就必須進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)操作。但因?yàn)殚_(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)操作性質(zhì)是對(duì)壓力容器本身進(jìn)行開(kāi)發(fā)與改造，所以在開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)工藝施工過(guò)程中，容易對(duì)壓力容器造成破壞，使其對(duì)壓力容器的強(qiáng)度、牢固度、整體性能造成影響。因此，為降低開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)對(duì)壓力容器的破壞程度，在進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)需要、壓力容器材質(zhì)等情況進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，使其確保開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器中得到合理的運(yùn)用，進(jìn)而提高壓力容器的使用性能［1］。

2 應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 補(bǔ)強(qiáng)圈

壓力容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法有：①整體補(bǔ)強(qiáng)；②局部補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，主要是在壓力容器表面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)板的焊接，從而增加即將設(shè)孔部位的厚度，確?？梢哉_開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，并能提高壓力容器的性能，如①?gòu)?qiáng)度；②韌性；③耐力；④抗疲勞能力等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)補(bǔ)強(qiáng)。具體來(lái)說(shuō)，首先注意補(bǔ)強(qiáng)板厚度，并合理設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)板的厚度，預(yù)防補(bǔ)強(qiáng)板厚度超標(biāo)。其次在選擇補(bǔ)強(qiáng)板時(shí)，應(yīng)確保補(bǔ)強(qiáng)板材質(zhì)具有較強(qiáng)的性能，尤其是其延伸性和韌性以及可塑性。需要注意的是，當(dāng)壓力容器溫度變化幅度較大，且易發(fā)生腐蝕與氧化的問(wèn)題時(shí)，為防止對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板的金屬造成不利影響，不能采取補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法，預(yù)防壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量受到影響。

2.2 厚壁接管

厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法也是壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的方法之一。為提高厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)效果，首先在選料時(shí)，主要考慮其殼體材料性質(zhì)與壓力容器使用環(huán)境。換言之，厚壁接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)選用的材料，需與壓力容器殼體材料相同或類(lèi)似，這樣才能為金屬性能提供良好的協(xié)調(diào)作用。而當(dāng)厚壁結(jié)構(gòu)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)中采用的補(bǔ)強(qiáng)材料比壓力容器殼體材料的性質(zhì)低時(shí)，工作人員可適當(dāng)?shù)脑黾友a(bǔ)強(qiáng)面積，防止預(yù)防應(yīng)力不足問(wèn)題的發(fā)生。但當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料比壓力容器殼體的應(yīng)力高時(shí)，則需要適當(dāng)?shù)目s小補(bǔ)強(qiáng)面積，從而保證應(yīng)力性能可以互相協(xié)調(diào)。其次，因?yàn)閴毫θ萜鏖_(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)操作會(huì)造成開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)邊緣的局部應(yīng)力上升，所以在進(jìn)行厚壁接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)在離開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)邊緣較遠(yuǎn)的位置區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，這樣才能確保壓力容器的應(yīng)力保持在正常范圍內(nèi)。另外，為使補(bǔ)強(qiáng)材料的性能得到充分發(fā)揮，在焊接補(bǔ)強(qiáng)材料時(shí)應(yīng)在開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)周?chē)邞?yīng)力位置進(jìn)行厚壁接管的焊接，確保其在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。而針對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)范圍的計(jì)算，可根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)多余面積，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)面積進(jìn)行計(jì)算，這樣才可提高補(bǔ)強(qiáng)范圍的有效性，進(jìn)而增強(qiáng)壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用水平。

2.3 整體鍛件

因?yàn)樵趹?yīng)用整體鍛件開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法時(shí)，會(huì)出現(xiàn)壓力容器殼體的應(yīng)力水平下滑的現(xiàn)象，使其無(wú)法產(chǎn)生新的壓力點(diǎn)，所以可有效的提高壓力容器殼體的抗壓能力、韌性、強(qiáng)度、牢固度等。不過(guò)整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)與殼體磨合比補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)更加得困難。所以，應(yīng)確保殼體與整體鍛件可以順利磨合，這樣才能防止磨合期間造成壓力容器殼體局部產(chǎn)生應(yīng)力集中的問(wèn)題。其次，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)方法對(duì)焊接技術(shù)也有著更高的要求，這樣不僅會(huì)增加焊接的難度，也會(huì)增加成本，所以整體鍛件開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法，一般只在設(shè)計(jì)精度較高或壓力容器使用環(huán)境惡劣的情況下應(yīng)用。而在實(shí)施整體鍛件開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度值較低時(shí)，接管的上端應(yīng)盡量遠(yuǎn)離開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)位置，這樣才能使整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)的彎曲應(yīng)力強(qiáng)度提升，提升膜應(yīng)力的強(qiáng)度。其次，因?yàn)榻庸芘c封頭接近簡(jiǎn)體的位置有一處應(yīng)力集中點(diǎn)，所以在接管與封頭焊接處接管壁厚方向區(qū)域，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)力最低，但其他路徑上應(yīng)力強(qiáng)度值均比較大。因此，為提高壓力容器整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)效果，可采用內(nèi)伸接管補(bǔ)強(qiáng)的方法，來(lái)降低其他路徑上應(yīng)力強(qiáng)度值，這樣不僅可以提高壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)效果，同時(shí)還能保障壓力容器使用性能?？偠灾?，無(wú)論采用哪種開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法，設(shè)計(jì)人員都需根據(jù)壓力容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，這樣才能提高開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的質(zhì)量，延長(zhǎng)壓力容器使用年限，提高壓力容器使用性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，壓力容器的設(shè)計(jì)離不開(kāi)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作，因?yàn)槠涫谴龠M(jìn)壓力容器使用性能發(fā)揮的重要舉措。所以我們必須科學(xué)、合理地確定開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法，才能有效地避免安全事故的發(fā)生，優(yōu)化壓力容器的使用性能。

［1］ 臧少鋒.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析［J］.中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016，（01）：220.

Application of Opening Reinforcement Design in Pressure Vessel Design

Feng Hao

In recent years，with the development of China's industrial undertakings，more and more pressure vessels have been diffi cult to meet the actual production needs.And the hole reinforcement design and reinforcement design is the key to the design of pressure vessels.Therefore，this paper mainly on the reinforcing ring，thick-walled tube，the overall forgings three aspects of the pressure vessel opening reinforcement design of the technical points were summarized.It is hoped that through the research of this paper，the level of the whole pressure vessel design will be promoted better，so as to satisfy the industrial production and enhance the core competitiveness of the enterprise.

reinforcement ring；thick-walled pipe；integral forging；pressure vessel；opening reinforcement；design

TQ053.2

A

1003-6490（2016）07-0119-02

2016-07-06

馮浩（1983—），男，遼寧錦州人，工程師，主要從事設(shè)備設(shè)計(jì)工作。