壓力容器設計中開孔補強設計的應用

馬鴻

摘 ?要：在壓力容器的設計過程中，有必要進行開孔補強設計，這也是目前容器設計中的一個關鍵步驟。設計人員應更加重視開孔補強，采取必要的措施，確保安全、經(jīng)濟地提高容器設計質量，同時滿足容器設計理念和相關要求，充分發(fā)揮技術的作用。壓力容器作為一種在工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中應用廣泛的密閉設備和設施，其安全性一直是人們關注的問題。為了保證壓力容器各接口功能的完善，不可避免地要在容器壁上開孔，而容器壁的開孔削弱了壓力容器的整體承壓能力，因此開孔的加固設計最終成為保證壓力容器使用性能和安全質量的關鍵。摘要：介紹了壓力容器開孔補強設計的結構形式、計算原理和兩種不同的補強方法，并對不同的補強設計方法進行了詳細的介紹和分析，比較了不同方法的優(yōu)缺點，以供參考。

關鍵詞：壓力容器設計;開孔補強;設計應用

引言：

隨著國內經(jīng)濟的快速發(fā)展，壓力容器在很多領域得到了應用，儲量大，運輸方便。因此受到了社會企業(yè)的重視和青睞。為了確保壓力容器的安全，有必要加固容器上的開口，以保證操作良好，并使壓力容器使用更加安全。壓力容器開孔時，容易改變設備的整體結構性能，包括局部應力增加和強度減弱，導致運行中存在更多的安全隱患。因此，為了補充容器開孔的弱化強度，降低局部應力峰值，開孔補強設計尤為重要。

1開孔補強的設計概述

1.1開孔補強設計

在壓力容器的設計中，設計人員需要分析壓力容器的內部結構。容器內開口的加強可以保持壓力容器的平衡，減小壓力容器承受的應力面積，同時增加開口邊緣的應力效應，從而有效削弱原壓力容器的內部強度。為了完全滿足重塑容器內壓的要求，需要在容器上開孔。根據(jù)國家標準的有關規(guī)定，在容器頭部、錐殼等部位應開孔，使容器內的強度達到技術標準，如圖1所示，以驗證壓力容器開孔的補強。

1.2局部補強和整體補強分析

對壓力容器進行加固時，應根據(jù)壓力容器設計的標準要求和容器內各部件的位置來確定容器的開孔數(shù)量。加固方法包括局部加固和整體加固。局部加固主要是針對容器內特殊位置開孔。局部加固針對性強，作業(yè)面積相對較小。整體加固作業(yè)面積大，但會降低成本，節(jié)省時間。整個加固操作范圍大，整個加固操作過程相對簡單，加固位置空間大，所以這種加固方法更適合那些開口比較大的位置。比如集裝箱內部強度差比較大的時候，可以采用整體加固的方法，可以減少材料的消耗，提高工作效率，整體加固有嚴格的標準。在過渡階段也有一定的平滑度，可以充分避免殼體應力集中的問題。

2不同的開孔補強方法研究分析

2.1補強圈的補強設計

壓力容器中加強環(huán)的補強設計主要是設計者找到容器開口的位置，然后切割焊接的鋼材。這種方法的應用需要使用鋼板材料。在設計加強環(huán)時，加強環(huán)的設計者需要選擇合適的標準。然后，應連接壓力容器的所有部件。根據(jù)容器內開孔的補強標準，應充分掌握補強圈內部的相關標準，并嚴格控制開孔直徑。如果配筋尺寸不明確，可以根據(jù)壓力容器的設計情況確定開孔直徑，精確控制容器的具體開孔位置，實施配筋設計工作。在鋼筋設計中，應注意加強環(huán)的厚度。當厚度超過8毫米時，需要保證壓力容器內焊點的應力平衡，實現(xiàn)容器壁與加強環(huán)之間的應力平衡。此外，設計人員應重點在加強環(huán)內外表面的適當位置進行焊接，以提高加強環(huán)的質量水平。

2.2壓力容器內鍛件補強

整體鍛造補強和局部補強有一定的區(qū)別。在集裝箱中，特殊位置需要開始加固，目的是為了補強加強環(huán)。但整體補強作業(yè)要求設計者和操作者利用容器內殼的強度來降低受力的概率。優(yōu)化鍛造補強的設計工藝，達到補強效果，同時使補強圈的補強效果達到相應的目的。在運行時間上，對斷電加固的整體要求比較高。如果設計不充分，很難實現(xiàn)有效開啟，會降低壓力容器的安全性。此外，在壓力容器的設計階段，必須按照相應的操作流程進行生產(chǎn)的試驗操作人員應嚴格遵守相關的焊接技術，以提高斷接鋼筋的安全性，將生產(chǎn)成本控制在相應的范圍內，保證各項工作的順利開展，使容器的生產(chǎn)更加高效、經(jīng)濟。在惡劣的環(huán)境下，還需要確保容器內的鋼筋精度達到標準，同時在試驗過程中嚴格遵守壓力容器開孔的設計要求，以確保開孔設計方案更加可靠。在基于鍛造加固的操作流程下，實現(xiàn)了加固設計工作的最大價值。加強環(huán)的結構相對簡單，但在加強設計中也占有很大的位置。在加強環(huán)加強期間，殼體與加強環(huán)之間存在一定的間隙，對壓力容器的開啟效果影響很大。在加強環(huán)中，還會形成熱膨脹和溫差效應，從而導致溫差應力的問題，這將極大地影響容器開孔加強的設計效果。在加強環(huán)與壓力容器的焊接中，由于容器結構的特殊性，無法保證整體應力平衡，會造成局部應力過大的現(xiàn)象，損壞容器壁。

2.3容器后壁接管補強設計

容器內厚壁接管的補強主要是為了能夠達到容器正常運營的效果，設計人員選擇優(yōu)質的接管材料。在選擇材料時，要嚴格地根據(jù)設計的標準要求和材料的特征來選擇，使材料的強度等級要達到相應的標準。由于等級強度與焊接質量有著密切的聯(lián)系，過高的強度會降低補強壓力容器的效果，當強度質量較低時，也會對接管流通的面積帶來影響，會影響到焊接的質量，最終會造成加工不良的現(xiàn)象產(chǎn)生。因此，要利用鍛件加工和無縫鋼管來減少這一現(xiàn)象產(chǎn)生，壓力容器內部的水平處于較高的狀況下，可以考慮應用整體鍛件的加工方法。當容器內部壓力水平處于較低的位置時，可以應用無縫接管補強加工方法。

結束語：

壓力容器通常指可承載一定壓力的密閉設備，由于其使用具有一定的危險性，故而設計人員需對其設計中的相關技術進行有效的把握，否則將會為容器的投入使用留下不小的安全隱患。當前我國對壓力容器的安全質量方面已經(jīng)制定了一系列的標準，因而需要壓力容器的設計人員對于其開孔補強設計的開展具有充分的了解與把握。局部補強和整體補強的開展各有其針對的情況，不能一味地肯定其中一種而否定另一種;在具體的開孔補強方法中，等面積補強法和壓力面積補強法也從不同角度解決了壓力容器開孔補強的問題，但鑒于二者都具有一定的局限性，所以開孔補強技術的不斷優(yōu)化仍是設計者們要考慮的問題。

參考文獻

[1] 吳強，田忠良.考慮剛度約束的復材機翼蒙皮開口補強設計研究[J].制造業(yè)自動化，2016，038（006）：52-54，58.

[2] 棄全英.等面積補強法在內壓容器開孔補強中的應用和討論[J].煤化工，2018，046（0z1）：104-106，103.