开孔补强计算(接管计算厚度按内径算)

高压容器3种开孔补强方法比较原作者：杨文玲 王俊宝 闫文军出处：【关键词】高压容器,开孔补强,应力集中系数,比较【论文摘要】论述了3种典型的开孔补强方法，即PVRC法、实验屈服法和压力面积法的特点和不同。

对一高压模型容器球形封头上受内压的接管，分别采用这3种方法进行补强,通过比较和分析可知，PVRC法适用于小开孔，而实验屈服法和压力面积法对于大开孔则更合理和安全。

Comparison of three opening reinforcement methods for high pressure vesselYANG Wen-ling1, WANG Jun-bao2, YAN Wen-jun2（1.Tianjin Uni versity,Tianjin 300072,China; 2.Hebei University of Technology,Tianjin 300130, China）Abstract:Three typical opening reinforcement methods inc luding PVRC, TYM(test yielding method) and PAM(pressure area method) are describ ed .The characteristics of these three methods and the differences among them are mainly discussed . By comparing and analyzing on a model high pre ssure spherical head with a nozzle subjected to internal pressure using these three methods respectively, we conclude that PVRC is suitable for small op ening,while TYM and PAM are more reasonable and reliable for large opening.Key words：high pressure vessel; opening reinforcement; str ess concentration coefficient; comparison符号说明g——单补强接管时接管壁厚比h——单补强壳体时壳体壁厚比g＇——同时补强壳体和接管时接管壁厚比h＇——同时补强壳体和接管时壳体壁厚比Di——壳体内径，mmSn——壳体开孔处的名义厚度，mmSd——壳体开孔处的计算厚度，mmr2—— 接管与壳体连接外转角处过渡半径,mmDo——容器外径,mmSe——容器壁厚,mmC1——钢板厚度负偏差,mmC2——腐蚀裕量,mmSa或S——壳体厚度,mmdi——接管内径,mmSs或St——接管厚度,mm在高压容器上，为满足各种工艺和结构上的要求，需要开孔和安装接管。

开孔补强计算时接管厚度附加量对计算结果的影响陆英（常州市乐萌压力容器有限公司，江苏 常州 213138）[摘 要] 国内外大多数压力容器设计标准规范中开孔补强计算是以有效厚度进行计算的，但GB 150.3-2011标准中计算外伸、内伸接管有效补强高度时，是以接管名义厚度计算的，由于名义厚度中包含了厚度附加量，不符合强度计算理论。

通过对一台氯气缓冲罐接管开孔补强计算进行对比说明，按GB 150.3-2011标准计算开孔补强满足强度要求，如采用接管有效厚度进行计算，则不能满足强度要求，建议GB 150.3-2011标准中开孔补强计算以接管有效厚度作为计算依据。

[关键词] 接管开孔补强；接管有效厚度；接管有效补强高度；接管厚度附加量作者简介：陆英（1976—），女，江苏常州人，本科学历，工程师。

在常州市乐萌压力容器有限公司主要从事压力容器设计和制造工作。

压力容器根据操作工艺要求，需要在壳体上开设各种规格的管口。

容器壳体开孔后，因承载面积的减少及结构不连续，而引起应力集中，使开孔边缘应力增大且强度受到削弱，所以需要对接管开孔进行补强计算，保证接管开孔部位满足强度要求。

接管开孔补强计算是压力容器设计过程中的一项重要内容。

1 开孔补强的原理及计算方法压力容器受到介质压力作用后，壳体承受薄膜应力。

当在壳体上开孔后，既减少了壳体的承载面积而使应力增加，又由于开孔引起结构不连续，导致开孔部位应力集中[1]。

由此可知，壳体开孔后将使开孔部位强度削弱。

为了保证壳体承载能力不因开孔削弱而降低，需在开孔边缘附近增加相应的承载金属面积，以满足强度要求。

满足开孔补强的强度条件是开孔边缘区域内的应力在许用范围内，需要通过开孔补强计算，确定开孔区域是否满足强度要求。

开孔补强计算方法有等面积法、压力面积法、应力分析法及有限元分析法[2]，最常用方法是等面积法，等面积法是壳体开孔所需补强面积等于因开孔而削弱的面积。

采用等面积补强计算时，壳体开孔所需补强面积是壳体计算厚度与开孔直径乘积[3]，在有效补强范围内补强截面积包括壳体多余面积、接管多余面积、补强区域内焊缝面积以及另加补强金属面积。

- 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。

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`。

支管：φ219×6判断是否可以使用焊接支管支管材料支管许用应力MPa 支管厚度减薄附加量C1t mm 支管厚度附加量Ct mm 支管焊接接头系数Ej 支管轴线与主管轴线的夹角α1°补强板材料与主管材料的许用应力比fr 非圆形开孔长直径d1mm 支管计算厚度tt mm 开孔补强所需的面积A mm 2补强区有效宽度B mm 主管外侧法向补强的有效高度h1mm 主管多余金属面积A1mm 2支管多余金属面积A2mm 2焊缝金属面积A3mm 2
除补强圈以外的多余金属面积A1+A2+A3mm
2判断是否使用补强圈补强补强板的外径Dr mm 补强板名义厚度tr mm 补强板的材料补强板许用应力MPa 补强板厚度减薄附加量C1r mm 补强圈金属面积A4mm 2总的多余金属面积A1+A2+A3+A4mm 2
3147.880.51.821937.7624.75380.03162.361218560.39计算条件
2587.49Q235B
1200.50.9需要使用补强圈
444Q235B
合格可以使用焊接支管208.81417.62120补强计算结论
0.8
901
开孔补强计算。