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化工压力容器设计中的选材和补强

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相关 法规 和 标 准 的要 求 ， 同时 ， 还 要 满 足 其 使 用 性 能 。在 生产 和使 用过 程 中 ， 由于受 实 际条件 的 限制 ， 材料 代 用常 有发 生 ， 增 加 了压 力 容 器合 理 用 材 的复
杂性 ， 在 容器 设计 、 制造、 使 用 的 各个 环节 对 技 术 人 员 提 出了更 高要 求 。 压 力 容 器 为 了正 常 的使 用 操 作 ， 会 在 筒 体 和封
料 的承 载 能力 ， 同时， 由于接 管 和简体 的结 构连 接 不 连续 ， 会在 开 孔 处 造 成 局部 应 力 集 中＿ １ ］ 。如 何 选 择 合 适 的补 强设 计方 法 和补强 结构 就显 得尤 为 重要 。
３ ）压 力容 器用 材要 避 免不 必 要 的 浪费 ， 提 高 其 经济性 ， 要 避免 “ 越 厚越 安全 ” 、 “ 性能 越 高越好 ” 等 直 观误 区 。例如 ， 钢 材 厚度 的增 加 会 增 加 设 备 抗 压 能
压 力 容 器 作 为 化工 行 业 主 要 生产 设 备 ， 同时 也 是 特种 设 备 的一类 ， 在 使用 过程 中 ， 它 的安全 运行 意
义重 大 。压力 容 器主要 受 压元 件 的选材 必须 要符 合
选 择能 满 足设备 的力学性 能 、 物 理性 能 、 工 艺性 能 和 介 质相 容性 的材料 ， 确保 材 料有 优 良的可 加工 性 、 足
了有 针 对 性 的设 计 建议 。 关 键 词 ：选 材 ； 补强设计 ； 化 工压 力容 器
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ ０ ５ ２ ． ４
文 献标 识 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ４ ． ７ ０ ５ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ８ ４ — ０ ３
引 言
介质 可选 用Байду номын сангаас复合材 料 ， 基层 用来 满 足力 学性 能 ， 与介 质接 触 的复层 用来 抗 介 质 腐 蚀 ， 从 而 提 高钢 材 的合
理 利用 。例 如 ， 在 高硫 压力 容 器设计 时 ， 要 限制 材料 中 Ｃ、 Ｓ 、 Ｐ 、 Ｎｉ 、 Ｍｎ等元 素 的含 量 ， 优 先 选 用 Ｑ２ ４ ５ Ｒ
力容 器安 全技术 监察 规程 》 要求 通过 技术 评审 。
应力 大于 壳体材 料 的许用 应力 ， 补强 面 积不得 减少 。 可见 ， 若 补强材 料 与壳体 材料 不 同会 增 大补强 面 积 ， 降低设 备 的经 济性 。 １ ． ３ 压力 容器 选材 设计 的实 例分 析
够 的强度 、 耐蚀 性 等 。 １ ）必须根 据 介 质 特 点 和 工 作 条 件 选 出 合 适 的 钢材 种类 ， 进 而确 定 用 材 牌 号 。所 片 ｊ 钢 材 要 抗 容 器 介质 腐蚀 ， 确保 使 用 寿命 ； 其 许 用应 力还 要在 相 应设
计温 度 和压 力下能 满 足容 器 的强度 要 求 。一些 特殊
患， 并且 ， 也造 成 了材料 的大 量 浪费 。
４ ）近年 来 ， 随着 我 国装备 制 造 向 国外 输 出 以及 国 际上优 于 国 内钢 材 的使 用 ， 境 外 牌 号 的材 料 和 新
型材 料越 来越 多地 出现在 国 内压力 容器 用 材上 。针
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ ～ ０ ３ — ０ ６
总第 １ ６ ９期
山 西 化 工
ＳＨ Ａ ＮＸ Ｉ ＣＨ ＥＭ Ｉ Ｃ ＡＩ Ｉ Ｎ ＤＵ ＳＴＲ Ｙ
Ｔｏｔ ａ ｌ １ ６９ Ｎｏ． ３，２ ０１ ７
２ Ｏ １ ７年 第 ３ 期
化 工设 计
化 工 压 力 容 器 设 计 中 的 选 材 和 补 强
李 亮
（ 阳煤 集 团 寿 阳化 工 有 限 责 任 公 司 ， 山 西 寿 阳 ０ ４ ５ ４ ０ ０ ） 摘要 ：在 压 力容 器设 计过 程 中 ， 选 择 合 适 的 材 料 和 满足 强度 的补 强设 计 对 压 力 容 器 的 安 全 、 平 稳 运 行 至
关 重 要 。对 压 力容 器主 要 受 压 元 件 如 何 选 材 进 行 了介 绍 ， 对 开孔 补 强设 计 技 术 的 要 领 进 行 了探 讨 ， 提 出
１ 材 料 的 选 用
１ ． １ 主 体材料 的选用
压力 容器 主体 材料 的选 用 对其 安全 性能 起决 定 性 的作用 。在 设计 压 力容 器 时 ， 主体 受 压 元 件 选 样
除 了能要 满 足相关 法 规 和标 准 的硬 性 规 定 外 ， 还 要
力， 但 是 同 时也 增 加 了设 备 自重 ， 对 设 备 支 撑 元 件 （ 鞍座 、 裙 座等 ） 提 高设计 要求 ， 还存 在失 稳等 重大 隐
２ ０ １ ７年 第 ３期
李亮 ： 化 工 压 力 容 器 设 计 中的 选 材 和 补 强
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明文件 等都 要满 足 我 国法 规要 求 。再 者 ， 压 力 容器 设计 、 制造 等单 位要 掌 握 材 料 的加 工 性 能 和 使用 性 能； 新 材 料 的使 用 要 按 照 Ｔ Ｓ Ｇ ２ １ — ２ ０ １ ６《 固定 式 压
作者简介 ： 李
亮， 男， １ ９ ８ ８年 出 生 ， ２ ０ １ １年 毕 业 于 湖 南 工 业 大 学 过
对境 外牌 号 钢材 的使 用 ， 首先 ， 要有 相似 工 作条 件 的 使 用 实例 。其次 ， 材料性能 、 化学成分 、 相 关 质量 证
程装备与控制 工程专业 ， 助理 工程师 ． 从事化工设备管理工作 。
头 等受 压元 件 上 开 孔 ， 以便 安 装 物 料 进 出 、 仪 表 检
等 碳素 钢材 ＿ ２ ］ 。 ２ ）压 力容 器 选 材 要 充 分 考 虑 到 设 备 的制 造性 能， 要有 较 好 的焊 接性 能 、 成 型性 ， 高 韧 性 以及 较 大
塑 性 。
测、 检修 人 孔等 工 艺 管 口。开 孑 Ｌ 会 削 弱 容 器 本 体 材

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压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强压力容器是一种用于储存和运输高压气体、液体或气体液体混合物的装置。

由于容器内部承受着巨大的压力，因此对于压力容器的结构设计和制造质量的要求非常高，尤其是它的壁厚和容积大小等参数必须经过精密计算和实验验证。

然而，即使设计和制造工艺都非常优秀，压力容器在使用过程中，也一定会出现开孔或由于压力过高而造成形变或者破裂的情况。

为了避免这种情况的发生，我们可以采用开孔和补强两种方法进行预防和解决。

开孔是一种常见的预防压力容器事故的方法。

通过在容器的垂直和水平方向上开孔，可以使容器内部受到更好的冷却和通风，从而减少容器内部压力的累积。

另一方面，开孔的位置也可根据容器内部压力变化而进行调整，使事故的风险降到最低。

此外，设定开孔的位置和数量还可以为维护和保养提供更大的便利。

例如在容器的底部开孔，可以更轻松地清除容器内部积存的物质。

尽管开孔是一种有效的预防措施，但在一些情况下，由于开孔会改变容器的整体结构，从而降低容器的承载能力。

这时，可以采用补强的方法来保证容器的安全。

补强的方法主要是在容器受力较大的地方加装加强筋或者钢板等材料来提高容器的强度和承载能力。

这种方法的优点是可以增加整个容器的稳定性和韧性，从而避免容器内部压力过高而造成的泄漏和破裂等意外事件的发生。

需要注意的是，在进行压力容器的开孔和补强的时候，我们必须严格遵守国家标准，以确保容器的质量和安全。

另外，在进行相关的维修和改装时必须由具备相关资质、资历的专业人员进行操作，这样可以有效地避免其他安全隐患的发生。

最后，压力容器在工业生产和人们的日常生活中发挥着重要的作用，但与之相关的安全问题也时刻需要引起人们的重视。

因此，在日常生活和工作中，我们应该尽可能地避免对压力容器的摩擦和碰撞，同时，也应该注意对其的定期检查和维修，以避免意外事件的发生。

(特种设备)压力容器常用开孔补强方法对比分析

(特种设备)压力容器常用开孔补强方法对比分析

压力容器常用开孔补强方法对比分析压力容器一旦发生事故，危害很大，因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。

对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种：一是等面积法，二是分析法。

本文对这两种方法作以比较和分析。

在石油化工行业中，压力容器上的开孔是不可避免的，如要开进料口、出料口、人孔等。

容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱；另一方面，器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了压力容器的薄弱环节。

因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措施，使被削弱的部分得以补偿。

开孔补强基本原理2.1.等面积法该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则。

当开孔较小时，开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的，但随着壳体开孔直径增大，开孔边缘不仅存在很大的薄膜应力，而且还产生很高的弯曲应力。

等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内，当离孔边缘的距离越大，越接近薄膜应力。

它的特点是：角焊缝，具有应力突变，易产生应力集中点，受力状态不好。

2.2.分析法这种补强方法是以壳体极限分析为基础的，相对等面积法合理得多，但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。

这种方法优点是：克服等面积法的缺点，在转角处采用圆滑过渡，减少结构形状的突变，减小应力集中程度。

将补强面积集中在应力最高点，充分利用补强面积，使补强更经济、合理。

对比分析3.1.等面积法等面积法顾名思义：壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积，须有补强材料予以等面积补偿，其实质是壳体截面因开孔丧失的强度，即被削弱的“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t，即A[σ]t，应由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同时，则补强面积就等于削弱的面积，故称等面积法。

压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强

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 ra 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 ra 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。

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度，还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力，以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往是造成容器破坏的根源，所要解决这些问题，就必须了解开孔补强中的规定以及要求。

1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为：补强圈搭焊结构和整体补强结构。

1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时，其应当符合的基本的条件为，容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸；使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa若条件许可，优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。

当容器为低温压力容器的时候，补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强，焊接焊缝应当使用全焊透结构，且焊缝圆滑过渡；带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。

补强板采用与器壁相同的材料，带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合，也不适用于设计温度低于-40°的场合。

带补强圈的接管与壳体的连接，以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB15 0中所示结构进行，且接管端部应与容器表面齐平，端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。

?a 强圈虽然结构简单，易于加工，但是补强效果较差，补强圈与壳体之间勺间隙不可避免，同时虽然补强圈上设有排气孔，但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。

1.2整体补强结构补强当具有下列条件时，应当采用整体补强或者局部整体补强。

①高强度钢(标准抗拉强度大于540MPa和铬钼钢(如15CrMoR 14Cr1MoR 12Cr2Mo1R 制造的压力容器；②补强圈勺厚度大于1.5 倍容器壁厚度；③设计压力大于或者等于4MPa的第三类容器；④容器的壳体壁厚大于或者等于38mm；⑤疲劳压力容器或者容器盛装介质为毒性的高位介质容器。