开孔补强

目录1前言及概念31.1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) (5)1.5.2壳体上允许开的最大孔直径dmax1.6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)2工艺设计 82.1设计要求 (8)2.2连续釜式反应器工艺设计 (8)2.2.1单段连续釜式反应器 (8)2.2.2反应器直径和高度的计算 (9)3 机械设计93.1手孔的开孔补强计算 (9)3.1.1计算是否需要补强 (10)3.1.2计算开孔失去的面积A. (10)3.1.3计算有效补强面积A (11)3.2进料口的开孔补强计算 (11)3.2.1计算是否需要补强 (11)4补强结构图125总结136参考文献 131前言及概念在日常的压力容器设计工作中，经常会遇到压力容器开孔补强问题。

压力容器开孔以后，不仅整体强度受到削弱，而且还因开孔引起的应力集中造成开孔边缘局部的高应力，加上接管上有时还有其他的外载荷所产生的应力及热应力，而容器材料、以及开孔结构在制造和焊接过程中又不可避免地会形成缺陷和残余应力，开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位，于是开孔附近就往往成为压力容器的破坏源一一主要是疲劳破坏和脆性裂口。

因此，按照GBl50-1998Ⅸ钢制压力容器》的规定，在压力容器设计过程中必须充分考虑开孔的补强问题。

1.1开孔补强的适应范围和方法(1)当其内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤1／2Di，且d≤520mm；当其内径D≥1500mm时，开孔最大直径d≤l／3Di，且d≤1000mm；(2)凸形封头或球壳的开孔最大直径d≤1／2Di；(3)锥壳(或锥形封头)的开孔最大直径d≤1／3Di，Di为开孔中心处的锥壳内直径；(4)在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。

开孔补强4.5.5.5等面积补强的分析与计算■等面积补强----壳体承受应力所必需的金属截面，因开孔被削去多少，就必须在开孔周围的补强范围内补回同样截面的金属面积。

有效补强的金属面积大于或等于开孔削弱的金属面积A 、判断是否可以不补强和不作进一步补强计算（1）强度裕量（开孔后仍有的）●容器实际壁厚大于计算壁厚（δδφe ）●接管厚度大于计算厚度（t et δδφ）●接管根部有填角焊缝 ●所开孔不在焊缝处，但壁厚计算的中径公式仍考虑了焊缝系数，计算壁厚有裕量。

（2）GB150-1998对不另行补强的规定同时满足下列条件时，开孔后可不另行补强：②相邻两孔中心的距离()2d d +≥B、等面积补强计算（1）所需最小补强面积接管有效面积：接管转化为壳体的当量面积：ΔA-----弥补[][]tttσσ≤而需增加的面积；或接管有效承载面积的折减量。

■圆柱壳■外压柱壳或球壳■平盖注：上述平盖和外压容器的公式来由参见丁伯民《压力容器设计----原理及应用》对平盖和外压容器，决定壳体厚度或承载能力的是弯曲应力，开孔削弱的是抗弯截面模量（而不是壁厚截面积）。

为保证开空前后的抗弯截面模量相等（w=w 0），要求k=A/A 0=1/(2+S/S 0)，为保守起见，取k=0.5。

s —补强圈厚度，s 0----平盖厚度；A----补强面积，A 0----开孔削弱面积。

（2）补强范围■有效宽度B■接管外侧高度h 1■接管内侧高度h 2{}接管实际内伸高度,min 2nt d h δ=1（3）补强范围内富裕的可作补强的金属面积A e■A 1----壳体有效厚度减去计算厚度之后的多余面积■接管有效厚度减去计算厚度之后的多余面积()()r et r t et f C h f h A 221222-+-=δδδ■A 3----有效补强区内焊缝金属的截面积（4）有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积A 4若A A e >，则开孔后无需补强。

第13章 压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求：（1） 回转壳体上开小孔造成的应力集中；（2） 开孔补强的原则、补强结构和补强计算；（3） 不另行补强的要求；（4） GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。

第一节 容器开孔附近的应力集中1、 相关概念（1）容器开孔应力集中（Opening and stress concentration ）在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的，由于工艺或者结构的需要，容器上经常需要开孔并安装接管，例如：人孔、手孔、进料与出料口等等。

容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：◆ 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。

◆ 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。

◆ 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。

上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。

（2）应力集中系数（stress concentration factor ）常用应力集中系数Kt 来描述开孔接管处的力学特性。

若未开孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax ，则弹性应力集中系数为： σσmax =t K （1） 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是：✧ 研究开孔应力集中程度，估算K t 值；✧ 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。

2、平板开小孔的应力集中Fig. 1 Variation in stress in a plate containing a circular hole and subjected to uniform tension设有一个尺寸很大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。

承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示，只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近的应力分量为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a r a r r （2） 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处， 孔边沿a r =处：σσστπθθθ3,0max 2===±=r应力集中系数：0.3max ==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示，球壳受双向均匀拉伸应力作用时，孔边附近任意点的受力为：Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ，σσ2max = , 应力集中系数0.2max ==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =，δσ42pD =，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a r a r r （3）Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。

第 开孔补强设计根据GB 150规定，当在设计压力P c ≤2.5MPa 的在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm 时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm 的 人孔需要补强。

1. 补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。

开孔直径22C d d i +==500+2×2=504 mm 。

∵ 2/i D d <=3000/2=1500 mm故可以采用等面积法进行开孔补强计算。

接管材料选用10号钢，其许用应力[σ]t=117MPa根据GB150-1998中式8-1，开孔所需补强面积()r et f d A -+=12δδδ 其中：壳体开孔处的计算厚度δ=17.758mm 接管的有效厚度21C C nt et --=δδ=20-0-2=18mm 强度削弱系数[][]r tn r f δδ/==117/170=0.689所以开孔所需补强面积为()r et f d A -+=12δδδ=504×17.758+2×17.758×18×0.311 =4238.452mm 2. 有效补强范围2.1有效宽度B 的确定按GB150中式8-7，得：d B 21==2×504=1008 mmnt n d B δδ++=22=504+2×18+2×20=580mm B=()max 2,1B B=1008 mm2.2有效高度的确定 (1）外侧有效高度h的确定根据GB150中式8-8，得：11h =ntd δ=18504⨯=95.25mm12h =接管实际外伸高度H=H 1=280mm 1h =(()min 12,11h h =95.25mm(2）内侧有效高度2h的确定根据GB150-1998中式8-9，得：21h =ntd δ=18504⨯=95.25mm22h =0()min 22,212h h h ==03. 有效补强面积根据GB150中式8-10 到 式8-13，分别计算如下：321A A A A e ++= 3.1 筒体多余面积AA=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(1008-504)(20-17.758)-2×20(20-17.758)(1-0.689)=1102.0782mm 3.2接管的多余面积 接管厚度：ct ic t P D P 5.0φ]σ[2δ==9184.15.09.011725009184.1⨯-⨯⨯⨯=4.94mm()21222h f h A r t e +-=δδ()2C e -δ=2×92.25×(20-17.758)×0.689+0=285.004 2mm4.接管区焊缝截面积(焊角取6.0mm ）262/123⨯⨯=A =36 2mm5.补强面积321A A A A e ++==1102.078+285.004+36=1451.0822mm因为，A e ＜A 所以开孔需另行补强。

压力管道壁厚及开孔补强计算压力管道是用于输送液体、气体或其他物质的管道，在运行过程中会受到一定的内外压力载荷。

为了确保管道在压力载荷下的安全运行，需要对压力管道的壁厚及开孔补强进行合理的计算。

1.管道内压力壁厚计算：根据管道的内压力、材料的允许应力和安全因子来计算管道的壁厚。

一般采用ASME标准或API标准中的公式来进行计算。

2.管道外压力壁厚计算：对于管道受到的外压力载荷，例如土压力或深水压力等，需要计算管道的外壁厚度。

常用的方法有ASME标准中的公式和材料力学性能参数。

3.管道轻质液体和气体压力壁厚计算：对于轻质液体和气体在管道中的压力载荷，由于其密度较小，管道壁厚常较薄。

可以采用API520或API521等标准中的公式，结合流体特性和工况条件来进行计算。

在进行压力管道壁厚计算时，需要考虑以下几个因素：1.管道内外压力：管道的内外压力是计算管道壁厚的基本参数，需要准确测量或估算。

2.材料的强度：管道材料的强度特性是壁厚计算的重要参数，需要从材料规格中获取。

3.安全因子：安全因子是考虑管道在运行过程中不确定因素的影响，一般取1.1~1.54.温度和环境条件：管道在不同温度和环境条件下的工作性能可能会有所变化，需要考虑这些因素对壁厚计算的影响。

开孔补强是在管道上开孔时，为了保证管道的强度和稳定性，需要进行相关的补强计算。

开孔补强通常包括以下几个方面：1.开孔位置：开孔位置的选择要考虑管道壁厚和管道材料的强度，避免对管道的强度造成过大的影响。

2.补强类型：开孔补强可以通过焊接补强板、法兰补强等方式进行。

补强方式要根据具体情况选择，确保管道的强度和稳定性。

3.补强计算：开孔补强需要对补强部分进行计算，包括补强板的厚度、尺寸和连接方式等。

一般可以参考相关的标准和规范进行计算。

总之，压力管道壁厚及开孔补强计算是保证管道安全运行的重要环节，需要根据具体情况和相关标准进行合理计算。

通过科学合理的计算，可以确保管道在各种工况下的强度和稳定性，从而保证了工程的安全和可靠性。

压力容器的开孔与补强压力容器是一种用于贮存和运输高压气体、液体或者混合物的设备。

它们通常需要承受巨大的压力，在日常使用中，压力容器容易出现开孔和损伤的情况。

这种情况下，我们需要对压力容器进行修复和加固。

下面，我们将重点探讨压力容器的开孔与补强的相关知识。

1. 压力容器开孔的原因压力容器开孔的主要原因是意外撞击和磨损。

在使用过程中，如果受到了外力的冲击或者过度的磨损，压力容器的表面很容易出现开孔或者裂缝。

另外，压力容器还可能在制造和储存过程中出现缺陷，导致它们容易出现开孔和损伤。

2. 压力容器补强的方法常见的压力容器补强方法包括金属厚板贴补、涂覆材料和拉毛加固等。

(1) 金属厚板贴补：该方法是在压力容器的开孔处贴补一块同样厚度的金属板，然后使用焊接技术将其固定。

这种方法的优点是容易操作，效果比较显著，但是需要小心操作，否则可能会导致更严重的气体泄漏。

(2) 涂覆材料：这种方法是把一个薄的涂覆材料铺在压力容器的表面，在开孔处多涂几层。

涂覆材料通常是耐高温、抗腐蚀的特殊塑料或者橡胶材料。

该方法的优点是简单易行，不会对整个压力容器造成太大的影响。

(3) 拉毛加固：这种方法是在压力容器的开孔处用拉毛工具让金属拉伸，使其保持平整。

然后在开孔处焊接一块金属板，以加强其整体性能。

拉毛加固的优点是成本较低，对环境污染较小，适合于一些小型压力容器的修补。

3. 压力容器补强的预防措施在压力容器的设计与制造中，预防措施是非常重要的。

以下几点应该注意：(1) 在制造过程中确保压力容器表面光滑、整齐，不要有裂缝或者瑕疵。

(2) 在储存和运输时要轻拿轻放，防止碰撞和磨损。

(3) 在使用过程中，要对压力容器的外部结构进行定期检查，发现缺陷及时修复。

总之，压力容器是现代工业中必不可少的储存和运输设备。

在使用过程中，如果出现了开孔和损伤的情况，我们应该及时进行修复和加固，以确保其安全稳定运行。

同时，在设计、制造和储存过程中，也要注意预防措施，减少压力容器出现开孔和损伤的可能性。

开孔补强措施1. 引言在工程建设和维护过程中，为了满足特定的需要，我们通常需要在构件中开设开孔。

然而，开孔会对构件的承载能力和稳定性产生一定的影响。

为了解决这一问题，需要采取适当的开孔补强措施，以确保结构的完整性和安全性。

本文将介绍一些常见的开孔补强措施，包括加固材料的选取、加固构件的设计和施工方法等。

这些措施将有助于提升开孔结构的承载能力和稳定性。

2. 开孔补强措施的选取在选择开孔补强措施时，需要综合考虑构件的材料、结构形式、开孔尺寸和工程要求等因素。

下面将介绍几种常见的开孔补强措施。

2.1 钢板加固钢板加固是一种常见的开孔补强措施，适用于需要增加构件承载能力的情况。

在开孔处焊接或螺栓连接钢板，以增加构件的强度和刚度。

钢板加固具有施工方便、加固效果显著等优点，适用于较小尺寸的开孔。

2.2 纤维增强材料加固纤维增强材料加固是一种常用的开孔补强措施，适用于需要增加构件强度和刚度的情况。

可以使用碳纤维布、玻璃纤维布等纤维增强材料对开孔区域进行包覆或粘贴，以提升构件的承载能力和稳定性。

纤维增强材料加固具有质量轻、施工简便等优点，适用于中小尺寸的开孔。

2.3 高强度混凝土灌注在需要增强构件强度和刚度的情况下，可以采用高强度混凝土灌注的方法进行加固。

通过在开孔区域灌注高强度混凝土，增加构件的承载能力和稳定性。

高强度混凝土灌注加固适用于较大尺寸的开孔，具有加固效果显著、施工简便等优点。

3. 开孔补强构件的设计要点在进行开孔结构的补强设计时，需要注意以下要点，以确保补强效果和施工质量。

3.1 加固材料的选取根据开孔结构的具体要求，选择合适的加固材料，包括钢板、纤维增强材料和高强度混凝土等。

需要考虑材料的性能、施工方便性和经济性等因素。

3.2 加固结构的设计根据开孔结构的开孔尺寸和构件的强度需求，设计合适的加固结构。

对于钢板加固，需要确定合理的焊接或螺栓连接方式。

对于纤维增强材料加固，需要确定合适的粘贴方式和层数。