.
精品 目录
1前言及概念 3
1.1开孔补强的适应范围和方法 ...................................... 3
1.2满足开孔条件时，可采用的三种补强方法 .......................... 3
1.3开孔补强的目的 ................................................ 4
1.4补强结构(补强元件类型) ........................................ 4
1.4.1加强管补强................................................. 4
1.4.2整体锻件补强............................................... 4
1.4.3加强圈的补强............................................... 4
1.5壳体开孔的有关规定 ............................................ 5
1.5.1允许不补强时开的最大孔直径................................. 5
1.5.2壳体上允许开的最大孔直径dmax................................ 5
1.6等面积补强计算方法 ............................................ 6
1.6.1各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类)............. 6
1.6.2等面积补强的原则........................................... 6
1.6.3等面积补强计算方法......................................... 6
- 43 -第6期
压力容器大开孔补强计算方法实例分析
王嘉瑶，翟新锋
（中泰创新技术研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830000）
[摘 要] 在压力容器设计中，经常面临着大开孔补强问题。在壳体上开孔影响其承压能力，且开孔的大小、尺寸受到诸多限制，补强方法也多种多样。本文总结了常用的几种开孔补强计算方法，如等面积法、分析法和压力面积法，并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析，有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器；大开孔；等面积法；分析法；压力面积法
作者简介：王嘉瑶（1998—），女，湖北人，本科学历，在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。1 前言
大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。大
开孔会削弱壁厚的强度，且孔边缘薄膜应力和弯
曲应力都较大，因此最常用的等面积法在大开孔
上一般不能使用。化工装置中，常使用带水包的
压力容器，利用油水密度差进行油水分离。而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近，即d/D较
大，这时就需要考虑大开孔补强。本文用三种方
法对一个设计压力0.42MPa，设计温度60℃，内径
φ2000，C1=0.3mm，C2=2mm的卧式容器筒体上
开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围
图2 算例示意图2 等面积法
等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近
一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积
补偿。它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉
伸薄膜应力，类似双向受拉伸开有小孔的无限
大平板上孔边的应力集中，所以对小直径的开
孔安全可靠。除此之外，还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备
2021年第24卷
验，开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予
一定的配套限制，也能保证安全，是一般开孔的
首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆
孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。因
为本次开孔接管垂直于筒体，所以满足这部分要
压力容器开孔补强接管有效外伸长度探讨
压力容器是一种高强度密封容器，在化工、石油、天然气等领域广泛应用。由于工作环境的复杂性和作业过程中可能发生的压力变化，压力容器内部会产生压力变化，这可能导致成型或开裂。因此，压力容器的补强接管设计非常重要。
补强接管是一种压力容器补强系统，可以加强容器的应力分布，从而提高其强度和安全性。在补强接管中，有效外伸长度是一个重要参数，直接影响该设备的稳定性和设计承载能力。因此，为了确保压力容器能够正常运行并避免事故的发生，有必要进行有效外伸长度的探讨。
有效外伸长度指的是管路的外部扩展长度，它通常分类为固体和管道。在压力容器中，大多数开孔补强接管设计使用管道式的有效外伸长度。管道式的接管因为其结构设计合理，应力分布均匀，使得其具有较高的强度和刚度。
在设计补强接管时，需要考虑多个参数，如补强接管的直径、壁厚、材料、分布、伸长长度等。其中，有效外伸长度是影响补强接管强度和稳定性的最重要参数之一。有效外伸长度太短，则意味着管道的承载能力会受到很大限制；而如果太长，则会增加压缩或屈曲的危险，从而减少承载能力。
因此，在进行开孔补强接管设计时，需要在保证其稳定性和强度的前提下，合理掌握有效外伸长度的大小。一般建议将有效外伸长度控制在合适范围内，以确保补强接管能够受到合适的应力作用，提高容器的承载能力。
总之，在压力容器开孔补强接管的设计中，有效外伸长度是非常重要的参数。正确的有效外伸长度设计可以大大提高补强接管的强度和稳定性，从而确保整个压力容器的安全性和稳定性。为了更好地掌握压力容器开孔补强接管有效外伸长度的探讨，下面将介绍相关的数据，并进行分析。
首先，需要考虑补强接管的直径、壁厚和材料等方面的数据。补强接管的直径一般为150mm-200mm，壁厚为10mm-20mm。材料的选择通常是使用高强度低合金钢或者不锈钢等，以确保接管有足够的强度和韧性。
其次，需要掌握接管的伸长长度数据。一般建议将伸长长度控制在1/6 ~ 1/3之间，这样可以保证接管具有合理的强度和稳定性。当然，伸长长度也不能过短，否则会影响接管的承载能力。
压力容器大开孔补强计算
【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器 大开孔补强 等面积法 分析法及有限元应力分析法
在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，gb150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析
对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力
一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力
当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。即需要设置接管、人孔。两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。这些边界内力主要是通过在开孔的边缘或者接管的端部引起二次应力从而使其两部分在连接点上的变形能够相互协调。若这种应力引起的失效，被称为塑性疲劳破坏。
