压力容器开孔补强方法

等面 积设计法 的基本公 式Ａ ４ ＞Ａ ￣ — Ａ ｏ 。 Ａ 为所需 补强 面积
Ａ＝ ｄ ｏ ｐ ８＋ ２ ８ ８ （１ 一 ‘）
一
式 中 ：对 于安 放 式 接 管取 ｆ ｒ ＝ １ ． ０ ；８ 计算厚 度 ，ｍ ｍ， ８ —接管有 效厚 度 ；
Ａ。 ＝Ａ１ ＋Ａ２＋ Ａ３
关键 词 ：大开孔 ；补 强 ；压 力容 器 中 图分 类号 ：Ｔ Ｑ０ ５ ０ １ 前 言 文献标 识 码 ：Ａ
ｄ ｏ ｐ ≤ Ｄｉ ／ ３， ｄ ｏ 。 ≤１ ０ ０ ０ｍｍ ；
随着石油化工技术以及海洋和空间等 （２ ） 凸 型 封 头 直 径 最 大 值 为 技术 的发展 ，压 力容 器 结构 也不 再像 传统 ｄ ０ 。 ≤Ｄｉ ／ ２； 容器 结 构那 样简 单 。工 艺 以及结 构需 求 的 （ ３）锥 形 封 头 开 孔 直 径 最 大 值 为
Ａ Ｐ ＿ ． 一 补 强面 积 ，ｍ ｍ。
图 １压 力 面 积 法
由于受到锻件制造工艺的约束 ，目 前一般
用 于封 头人 孔 接管 的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 强 ，其结 构 尺寸 大 （ Ｄ Ｎ ５ ０ ０），成本 高 ，制 造 难度 大 ，周 期
长 。 以上 几 种 补 强 对 小 直 径 接 管 来 说 ， 优 势 非 常 明 显 。但 对 于 容 器 直径 较 大 的
不 同 ，使得 容器 的许 多 受压 元件 均要 开孔 Ｄ ｉ ／ ３ ，Ｄ ｉ 为开 孑 Ｌ 中心 的锥 壳 内径 。 接管 ，有 时还需 设计 直 径 大于 ８ ０ ０ ｍｍ 的 大 ２ ． １ ． ２ 开孔 补强 的面积 计算
开孔 。容器 通过 进行 开 孔 ，可 以减弱 其 整 体 强度 ，使 开孔 边缘 应 力过 于集 中。按 照 Ｊ Ｂ ４ ７ ３ ２ 规 范提 到 的应 力分 类 ，容器 开孔 后 的应 力 有 以下几 种 ：相 贯线 壳体 变形 造 成 的应 力及 峰值 应力 等等 。 在 容 器 设 计 制 造 中 ， 国 内对 容 器 接 管 开孔 补强 一般 采 用 以下几 种方 法 ：补 强 圈补强 及厚 壁 接管 补强 等 。 当补 强 圈补 强 与 壳体 厚度 相 等时 ，补 强 圈 由于面积 过 大 从 而不 能集 中补强 ，而 且壳 体本 身 和壳 体 上 的其 它部 件 通常 也会 限制 补 强圈 面积 ， 因此补 强 圈补 强一 般适 用 于容器 应力 水 平 低 ，材 料 塑 韧 性好 ， 且 容 器 的工 作 条 件 比较 优 良的 场 合 。 当采 用 厚 壁 接 管 补 强 时 ，由于接 管 与筒 体 的壁厚 相差 较 大 ，增 大 了现 场焊 接难 度 和制 造成 本 ，若再 出现 接 管力 和接 管 弯矩 作用 时 ，接 管 的设 计 壁 厚 将 急剧 增 加 ，将 无 法 实 现 接 管 壁 厚 补 强 ，因此接 管 壁厚 补强 一般 适用 于像 仪 表 口等小 直径 接 管 的补强 ；而整体 锻件 补 强
工 业 技 术
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｎｅ Ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ
！
： ！
压力容器开 孔补强 方法
马 军 伟
（ 西安石油大 学，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要：在工程应用中经常需要 为满足各种工艺和结构上的要 求在压力容器上开孔和安装接管。容器开孔以后 ，开孔的 地方会形成较 大应 力，这时需要进行补强 ，本文列举 了一系列容器开孔方法，如等面积法、分析法以及压力面积法等。
（ ＞ ８ ０ ０ ｍｍ）开 孔 接管 补 强 ，会 因为 它 的 根 部峰 值应 力 过大 ，使 得装 置运 行后 ，造 成容 器 衬里 脱 落 ，甚 至 可 能会造 成装 置 停 车 。从 这个 角度 来看 ，传统 的接 管补 强 方 Ａ ８ ＝ ｈ ８＋ ｈ１ ８１ ３ Ｉ ３ 有 限元 法 法 已经 不能 满 足大 型化 装置 。针 对 以上 情 况本 文 介绍 几种 常用 的压力 容器 大 开孑 Ｌ 计 Ａ 为 壳体 、接 管等 有 效承 载 面积 ；Ｐ ２ ０ 世 纪７ Ｏ 年代 开始 ，压力 容器 和对 应 算方 法 。 为 圆筒设 计 压 力 ；［ ８ ］ 为 补 强材 料 许 用应 的软 件 技术 行业 迅速 发展 。在 这个 发展 过 ２ 常规 的开孔 方法 力 ；ｈ ，ｈ ｉ 为 筒体 补 强 长 度 和 接 管 补强 高 程 中 ，三维 有限 元法 得到 了广 泛应 用 。三 ２ ． １ 等 面积 法 度。 维有 限元 的计 算 和单元 形 式 以及 网格划 分 ２ ． １ ＿ １ 适用 范 围 采用 压 力面 积法 ，应该 注意 以下 几个 方法 紧 密相 联 ，选用 不正 确可 能会 造成 计 这 种 方 法 适 合 压 力 下 的壳 体 与平 封 问题 ： 算结 果误 差 。此 外 ，还需 要对 三维 有 限元 头 上 的 圆型 及 椭 圆 形 等 形 状 开 孔 。 当 在 （ １ ）接 管 与壳 体 应 全 焊透 ，为 了避 计算 结 果进 行分 类 ，特定 种类 的应 力对 应 壳体上开孑 Ｌ 时 （ 椭 圆 形 或 长 圆形 ） ，孑 Ｌ 免 接管 与壳 体连 接壁 尖 角过 度 ，应该 采用 特定 的许 用值 。 结语 长 径 比上 短 径 数 值 应 在 一 定 数 值 范 围 内 圆角过 度 ； （ ≤２ ． ０ ）。 压力 容器 的开 孔补 强如 果开孔 率符 合 （ ２ ）接管 、壳体等材料 曲强 比需要 （ １）圆 筒 内 径 Ｄ ｉ ≤１ ５ ０ ０ ｍｍ时 。开 满 足 ８ ｓ ／ ８ ｂ ≤Ｏ ． ６ ７ 。此外 ，还应该 避 免标 Ｇ Ｂ １ ５ ０ 中的适 用 范 围通 常采 用等 面 积法 ， 孔最 大直 径 ｄ 。 。 ≤Ｄ ｉ ／ ２ ， ｄ ｏ ． ≤５ ２ ０ ｍｍ；圆 准 常 温抗 拉强 度 过大 （８ ｂ ＞５ ４ ０ ＭＰ ａ ）的 超过 规 范范 围 的则采 用压 力 面积法 、极 限 筒 内径 Ｄ ｉ ≥１ ５ ０ ０ ｍｍ时 ，开 孔 最 大 直 径 材料 ； 压力 法 、有 限元 法 。其 中压力 面积 法 和等