開孔補(bǔ)強(qiáng)方式的對比及設(shè)計中的問題

夏宜岑（沈陽派司鈦設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽 110168）

開孔補(bǔ)強(qiáng)方式的對比及設(shè)計中的問題

夏宜岑（沈陽派司鈦設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽 110168）

由于工藝和結(jié)構(gòu)的要求，讓設(shè)備可以正常的使用、測試和檢修，石油化工行業(yè)中，在設(shè)備或壓力容器上開孔并安裝接管是避免不了的，例如：人手孔，進(jìn)出料空，液位計口，測溫孔等。但開孔后，開孔處給容器帶來的安全隱患也是不可忽視的。開孔處成為設(shè)備主要破環(huán)源。主要影響有以下幾點(diǎn)：

（1）開孔破環(huán)了原有的應(yīng)力分布并引起應(yīng)力集中

（2）承載截面縮小，從而削弱容器壁的強(qiáng)度

（3）形成容器結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力

因此，采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)方式，并充分考慮開孔補(bǔ)強(qiáng)問題是必須的也是必要的。這是保證壓力容器安全的重要因素。

開孔補(bǔ)強(qiáng)分為局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)和整體補(bǔ)強(qiáng)兩大類。但由于開孔應(yīng)力集中的明顯局部性，在不大的范圍外就可以回復(fù)到正常的應(yīng)力值，故除了制造或結(jié)構(gòu)的需要外，一般我們不采取提高整個容器壁的厚度來進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。由于考慮到制造經(jīng)濟(jì)性及安全性，在壓力容器設(shè)計中通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)方式，大體分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)和整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種方式。下面我們就這三種方式使用工況及使用時存在的問題進(jìn)行討論。

1 補(bǔ)強(qiáng)圈

補(bǔ)強(qiáng)圈的作用彌補(bǔ)開孔對設(shè)備殼體性能的削弱。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，由于制造便捷，結(jié)構(gòu)簡單，廣泛使用在中低壓容器中。在制造廠中也是最愿意選取的一種方式，因此使用經(jīng)驗(yàn)也是最為豐富的。但使用補(bǔ)強(qiáng)圈的限制條件較多，工況較復(fù)雜的情況不適用，根據(jù)HG/T20583的規(guī)定，以下情況均不推薦采用補(bǔ)強(qiáng)圈的形式進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)：①高強(qiáng)度鋼和鉻鉬鋼制造的容器。②設(shè)計壓力大于或等于4Mpa的第三類容器。③容器殼體壁厚大于或等于38mm。④容器內(nèi)介質(zhì)毒性為極度、高度危害的介質(zhì)。⑤疲勞壓力容器。⑥工作溫度為高溫（＞350℃）和低溫（≤-20℃）的壓力容器。⑦補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度大于1.5倍的容器壁名義厚度。第7點(diǎn)尤為值得注意，在GB150和HG/T20583中只要求補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于等于1.5倍容器壁名義厚度。但忽略了JB/T4736《補(bǔ)強(qiáng)圈》中給出的補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸系列中給出補(bǔ)強(qiáng)圈厚度最大為30mm，反推，如果補(bǔ)強(qiáng)圈厚度最大為30mm，殼體最大厚度為20mm，顯然JB/T4736中要求高于GB150及HG/T20583。這一點(diǎn)部分設(shè)計者對標(biāo)準(zhǔn)掌握不全面，將補(bǔ)強(qiáng)圈厚度定在30mm以上，或在材料代用時以厚代薄是不符合要求的。

補(bǔ)強(qiáng)圈成形應(yīng)盡可能與容器的外形緊密貼合。盡管正常情況下設(shè)置在容器的外面，但不影響容器的運(yùn)行，補(bǔ)強(qiáng)圈也可放在容器里面。使用補(bǔ)強(qiáng)圈時，按要求設(shè)置一個M10螺孔。M10螺孔作用有三，分別為檢測中的試壓、焊接時的排氣、使用時的檢漏。該螺孔在非標(biāo)補(bǔ)強(qiáng)圈中經(jīng)常容易被忽視。在實(shí)際制造過程中，就曾發(fā)生未設(shè)置信號孔，熱處理后發(fā)現(xiàn)殼體與補(bǔ)強(qiáng)圈的連續(xù)焊縫被撕裂。

2 厚壁管補(bǔ)強(qiáng)

厚壁管補(bǔ)強(qiáng)即在開孔位置焊上厚壁接管取代普通接管。與補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)相比，厚壁管補(bǔ)強(qiáng)能更有效的補(bǔ)強(qiáng)，因?yàn)楹癖诠芗雍癫糠痔幱谧畲髴?yīng)力區(qū)域呢，厚壁管可以很好地降低應(yīng)力集中系數(shù)。厚壁管補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)形式結(jié)構(gòu)簡單，焊接量小，也是制造廠比較常用的一種補(bǔ)強(qiáng)方式。值得注意的是采用該種補(bǔ)強(qiáng)形式，一定要保證焊縫全熔透。另在使用計算軟件（SW6-2011）計算時，“接管實(shí)際外伸長度”一值該如何填寫值得討論。我們在計算軟件中輸入“接管實(shí)際外伸長度”值是為了確定“接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度”，因此厚壁管的削邊和筒體占的長度不應(yīng)計入“接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度”。故我們在輸入“接管實(shí)際外伸長度”一值時，應(yīng)輸入圖1中的H值。

圖1

3 整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)

整鍛件補(bǔ)強(qiáng)，該補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)是將接管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接。優(yōu)點(diǎn)：采用對焊焊接形式，容易探傷，抗疲勞性能好。但鍛件制造成本較高，在普通壓力容器中使用較少。大多使用在高壓設(shè)備及重要設(shè)備上。

4 結(jié)語

綜上可知，這三種補(bǔ)強(qiáng)方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在壓力容器設(shè)計中，根據(jù)壓力容器具體運(yùn)行工況，和容器開孔的大小及位置，選取比較合理和經(jīng)濟(jì)，制造便捷的補(bǔ)強(qiáng)方式。

[1]GB/T150.1～150.4-2011.壓力容器[S].

[2]HG/T20583-2011.鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定[S].

[3]B/T4736-2002.補(bǔ)強(qiáng)圈[S].

Opening Reinforcement Methods—comparison and problems in design

Xia Yicen(Pass Titanium Equipment Co．Ltd，Liaoning Shenyang 110168，China)

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對不同開孔補(bǔ)強(qiáng)方式進(jìn)行對比，以及設(shè)計中開孔補(bǔ)強(qiáng)容易忽視的問題。

開孔補(bǔ)強(qiáng)；補(bǔ)強(qiáng)圈；厚壁管補(bǔ)強(qiáng)；整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)

Combining with the production practice,contrast the different opening reinforcement methods,and the problems that are easily overlooked in the design.

Opening reinforcement;Reinforcing circle;Thick wall pipe reinforcement;Integer-reinforced structure

夏宜岑（1991-），女，助理工程師，遼寧沈陽人，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)過程裝備與控制工程，現(xiàn)就職于沈陽派司鈦設(shè)備有限公司，研究方向，從事壓力容器設(shè)計。