补强计算

- 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，所以满足这部分要求。

非径向接管的开孔补强计算产品名称：图号：本计算依据HG 20582-1998《钢制化工容器强度计算规定中的非径向接管的开孔补强计算》的规定，进行非径向接管的开孔补强计算一、参数输入计算压力Pc=0.6Mpa 壳体或封头内直径Di=510mm 设计温度下壳体或封头材料的许用应力[σ]t=130Mpa 设计温度下接管材料的许用应力[σ]t t =130Mpa 接管内直径di=52mm接管材料的强度削弱系数fr=1.0承受内压所需要的圆筒厚度1.18mm承受内压所需的接管厚度0.12mm二、和圆筒轴线相交90度截面的分析：开孔直径d=147mm 应力校正系数F=0.5mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积86.7mm 2壳体或封头在开孔处的名义厚度δn=10.0mm 接管的厚度附加量1.8mm补强区平行于壳体或封头器壁方向294mm的有效范围宽度175mmB1、B2中较大值294mm1383mm 补强区有效范围平行于接管轴线方向的外侧长度14.9mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mm62.0mm 16.0mm1461.3mm而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.三：平行于圆筒轴线截面的分析：开孔直径d=45mm 应力校正系数F=1mm 焊接接头系数φ1=1.0接管在补强区有效范围内的名义厚度δnt=4mm 接管的厚度附加量Ct=1.8mm 所需要补强的截面积mm 2mm 接管的腐蚀裕量C2t=1.0mm 补强区平行于壳体或封头器壁方向B1=2d=90mm的有效范围宽度B2=d+2δn+2δnt=73mm B1、B2中较大值B=90mm壳体或封头承受内压或外压所需要计算厚度之外在补强区有效范围以内能起补强作用的多余截面积396.9mm 2的外侧长度mm补强区有效范围平行于接管轴线方向的内侧长度h2=0mmmm 2补强区有效范围内除已记入A1、A2、之外，能起补强作用的焊缝面积16.0mm 2474.9mm 2而A1+A2+A3<A,所以对于平行于圆筒轴线的截面，补强面积不足需另行补强.4mm53.1mm 2396.9mm 214.962.0mm 2A3=16.0mm2mm 2而A1+A2+A3>A,所以不需另行补强.。

补强圈尺寸计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：在工程设计和制造过程中，圈尺是一种常用的量具，用于测量直径、周长和半径等尺寸。

为了确保制造的产品符合设计要求，需要对圈尺的尺寸进行补强计算。

补强圈尺寸计算公式是一种用来确定圈尺尺寸的数学表达式，可以帮助工程师和技术人员正确计算出所需的圈尺尺寸。

本文将详细介绍补强圈尺寸计算公式的原理和应用。

1. 补强圈尺寸计算的原理补强圈尺寸计算是基于圈尺的使用要求和设计要求进行的。

圈尺通常由钢带或塑料等材料制成，具有一定的弹性和刚度。

在测量尺寸时，需要确保圈尺可以准确地贴合被测尺寸的表面，同时不会产生变形或损坏。

补强圈尺寸计算的原理是在不破坏测量精度的前提下，保证圈尺具有足够的强度和刚度。

补强圈尺寸的计算通常涉及到弹性力学和材料力学知识。

下面是一个常用的补强圈尺寸计算公式：圈尺的理想外圆直径D = d + kδD为圈尺的理想外圆直径，d为被测尺寸的直径，k为补强系数，δ为圈尺的厚度。

补强系数k的选取需要考虑圈尺的用途和材料特性。

一般来说，k 的取值范围在0.01~0.05之间。

当补强系数k的值较小时，圈尺的强度和刚度较低，适用于对被测尺寸要求不高的情况；当补强系数k的值较大时，圈尺的强度和刚度较高，适用于高精度测量。

补强圈尺寸计算在工程设计和制造领域中具有重要的应用价值。

正确计算补强圈尺寸可以确保用于测量的圈尺具有足够的强度和刚度，从而保证测量结果的准确性和可靠性。

补强圈尺寸计算还可以帮助工程师选择合适的圈尺材料和加工工艺，提高产品的质量和性能。

在实际应用中，工程师和技术人员需要根据具体的测量要求和设计要求来确定补强圈尺寸计算公式的参数。

还需要注意圈尺的安装和使用方法，避免在测量过程中产生误差或损坏。

通过合理地应用补强圈尺寸计算公式，可以提高产品的设计和制造效率，确保产品质量和性能达到要求。

第二篇示例：圆形圈材料常用来用于制作机械零件或结构件，而对于设计师/工程师来说，计算圆形圈的尺寸是非常重要的一部分。

1、主管计算厚度T sT s :计算厚度；mm 0.414244186Do :外径；mm76［σ］t :在设计温度下材料的许用应力；MPa 137E j ：焊接接头系数；1P：设计压力；MPa1.5Y：系数；按表6.2.1选取。

0.4T n :主管名义厚度；mm 42、支管计算厚度t st s :计算厚度；mm0.207122093d o :外径；mm38［σ］t :在设计温度下材料的许用应力；MPa 137E j ：焊接接头系数；1P：设计压力；MPa1.5Y：系数；按表6.2.1选取。

0.43、开孔补强计算（1）主管开孔所需补强面积 AA：主管开孔所需补强面积；m㎡14.45712209d 1:扣除厚度附加量后主管上斜开孔的长径；mm 34.9管道开孔补强计算[])(2PY E PD T j t os +=σ)sin 2(1a d T A s -=ad d sin /1=[])(2PY E Pd t j t os +=σd:扣除厚度附加量后支管的内径；mm 34.9a：主管轴线与斜管轴线的夹角；90（2）开孔补强有效补强范围有效补强宽度B=2d 169.8B=d 1+2(2t n )-2(2C 1+2C 2)41.1取较大值B mm 69.8有限补强高度h=2.5(t n1-C 1-C 2) 3.875t n :管子名义厚度；mm3C 1：厚度负偏差；mm0.45C 2:腐蚀余量；mm1(3)补强范围内主管多余金属补强面积A 1A 1=（B-d 1）(T n -T s -C 1-C 2)74.53787791(4)补强范围内支管多余金属补强面积A 2A 2=2h(t n -t s -C 1-C 2)/sina10.40730378(5)角焊缝金属补强面积A 3A 3=H 236H：角焊缝高度；mm64、结论120.9451817A=14.45712209结论：合格注：按GB50316-2000《工业金属管道设计规范》(2008版)计算A 1+A 2+A 3=ad d sin /1`。

压力容器圆筒大开孔补强计算方法发布时间：2021-01-11T03:40:42.338Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：袁甜[导读] 由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。

压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。

中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要：由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。

压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。

受到开孔接管结构内压作用，将会影响壳体和接管链接位置结构几何，此时会导致相关区域高应力集中，从而引发较多安全问题。

为了避免出现上述问题，此次研究主要探讨分析压力容器圆筒大开孔补强计算方法，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：压力容器；圆筒大开孔；补强计算现阶段，由于多数工程复杂，并且特殊性工艺，部分压力容器需要开孔接管，使原容器应力状态发生变化。

针对柱壳容器，在开孔之后，接管弹性约束会阻碍孔口椭圆化，造成容器主管开孔周边为薄膜应力状态，干扰环向力和轴向力，从而产生扭矩力和弯矩力。

接管轴向力可以应用到容器孔上，此时容器开孔孔边会受到横向剪力影响，容器孔口边缘还会影响接管管壁周边变形，从而遭受反作用力。

所以必须按照应用标准，分析开孔补强处理工艺。

1、常见圆筒开孔补强计算方法1.1等面积法对于等面积法来说，属于美国、日本和中国标准应用的计算方法。

处理原则在于对开孔局面截面拉伸强度进行补偿。

补强处理只是针对静强度问题，只需要计算开孔边缘拉伸强度补强，没有注重开孔边缘弯曲应力、峰值应力。

圆筒大开孔之后，孔口边缘会产生弯曲应力。

圆筒大开孔后，孔口边缘会产生较大弯曲应力，因此无法计算大开孔补强。

1.2压力面积法在应用压力面积法时，可以在有效补强范围内，计算由于内压作用产生荷载和受压元件的抗拉载荷力。

补强计算只是针对开孔部位拉伸强度，计算形式不同。

后补埋件补强板强度计算后置埋板的后补强方案如下：后置埋板所受的力为剪力V=2160N ，拉力N=19238N,弯距M=183600N.mm 。

此埋板是在轴力，剪力，弯距共同作用下，此处要计算补强埋板的受力情况，由于化学锚栓无强度问题(在埋板计算书中已经计算)，此处要计算4点处焊接的受力情况。

首先假定锚栓群绕自身的中心进行转动，先求锚栓的形心如下：X=67*37+263*67+37*133+315.5*16337+67+133+163=191.12mm Y=67*37+263*67+37*133+315.5*16367+263+37+315.5=112.02mm 形心为；〔191.12，112.01〕，各锚栓到锚栓形心为； ∑2Y =222)01.122133()6701.122()3701.122(-+-+-=10692.964D 点处锚栓，该点的Y 坐标为163，该点到形心的 Y 向距离为：Y1=163-112.01=50.99mm所以4锚栓所受力为：N4=N n + M ×y1∑y 2= = 192384 + 183600×50.9910692.96＝5685.01N 焊缝采用三面为焊：焊缝有效截面的几何特性：取： h4＝6m<h fmax =1.2t min =1.2*8=9.6mm>h min 1.5tmax = 1.5 8 =4.24mm对竖向焊缝A 点比较危险（拉力与剪力共同作用），计算如下:nf ∂=N4/W F A =5685.01/[0.7*6*(60-5*2)]=27.07N/2mmvf τ=V/W F A =216014/[0.7*6*(60-5*2)]=2.57 N/2mm 22222/2292.49857.2)22.1/07.27()/(mm N v f f n f ==+=+∂τβ <w f f =160N/2mm对拉向焊缝 ：nf ∂＝N4/W FA ＝5685.01/〔2*0.7*6*（35-5*2）〕＝27.07 N/2mm vf τ＝V/W F A ＝216014/〔2*0.7*6*（35-5*2）＝2.57 N/2mm2/160295.2422.157.207.27mm N f w f f v fnf =<=+=+∂βτ（满足） 所以焊缝满足强度要求，。

支管连接的补强1.1 焊接支管的等面积补强计算应符合下列规定：1 图1.1的支管轴线与主管轴线相交结构型式的补强计算仅在下列条件下有效：1)主管的外径与厚度比(D o/T h)小于100时，支管与主管的外径之比(d o/D o)不大于1.0；2)主管的外径与厚度比(D o/T h)≥100时，支管的直径d o小于主管直径D o的1/2；3)α1≥45°；注：主管为焊接管时，焊缝应位于主管的斜下方。

图1.1 支管连接的补强2 主管开孔的补强计算1)主管开孔需补强的面积A，应按式(1.1-1)确定：A=T t d1(2−sinα1)(1.1-1)d1=d/sinα1(1.1-2)d=d o−2t tn+2(C1t+C2)(1.1-3)2)开孔补强有效范围的计算：开孔补强的有效补强宽度：B={2d1d1+2(T tn+t tn)−2(C1m+C1t+2C2)(1.1-4)取以上两者中之大者，但在任何情况下均不大于二倍的D o。

主管外侧补强圈有效补强高度h1:ℎ1={2.5(T tn−C1m−C2)2.5(t tn−C1t−C2)+t r(1.1-5)取以上两者中之小者式中：Tt——主管计算厚度(mm)；A——主管开孔削弱所需的补强面积(mm2)；α1——支管轴线与主管轴线的夹角(°)；D o——主管名义外径(mm)；d o——支管名义外径(mm)；d1——扣除厚度附加量后主管上斜开孔的长径(mm)；d——扣除厚度附加量后支管内径(mm)；C1t——支管厚度减薄的附加量(负偏差和机械加工减薄量之和)(mm)；C1m——主管厚度减薄的附加量(负偏差和机械加工减薄量之和)(mm)；C2——腐蚀或磨蚀附加量(mm)；C r——补强圈厚度减薄的附加量(负偏差和机械加工减薄量之和)(mm)；B——补强区有效宽度(mm)；3)各补强面积按下列公式计算，如有加筋板时，不应计入补强面积内。

如果支管壁的许用应力小于主管壁的许用应力，计算的面积应按两许用应力之比相应减少，以确定其对面积A2的贡献。