开孔补强设计在压力容器设计中的应用

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。

2016年12月开孔补强设计在压力容器设计中的运用黄集旭(温州新星设备安装有限公司,浙江温州325011)摘要：在压力容器设计中，开孔的目的是满足接管、检查和功能测试等的要求，而对开孔进行补强则是防止在该处产生应力集中危险因素，从而压力容器整体结构的安全。

在本案，笔者简要论述开孔补强设计在压力容器设计中的运用。

关键词：压力容器；补强圈补强；整体补强压力容器开孔后，会在开孔处产生局部性的边缘应力，因此需用补强圈、厚壁管和整锻件等进行补强，而若要维持压力容器的整体强度，则需补强由开孔外壁削弱的强度，注意在压力容器开孔补强中，应将开孔的数量、位置和容器的要求等考虑其中。

据此，本案分别从如下方面来浅析开孔补强设计在压力容器设计中的运用：1补强圈补强设计补强圈补强是一种局部补强形式，其具有焊缝小、结构简单等优点及其适用条件如下：补强圈厚度小于等于1.5δn、钢材的Rm小于540MPa，壳体厚度小于等于38mm，注意补强圈的用材应与壳体一致。

补强圈补强一般是将补强板焊在压力容器壁上，以增加该处的金属厚度及开孔边沿的强度。

但在这一过程中，建议注意如下事项：一是严控补强板的厚度，保证其小于等于压力容器开孔处厚度的1.5倍，否则会增大容器的不连续应力；二是用于补强板的钢材应具有良好的延展性和塑性，一般保证其在常温下的屈服强度ReL小于等于400MPa；三是焊缝采用全焊透结构，并在补强圈上开M10通孔，通过充气的方式来检验补强圈的焊透性；四是当压力容器使用环境的温差较大、氧化性和腐蚀性较强时及容器的载荷变化较大时，不易选取补强圈补强方式。

综上，鉴于补强金属处于开孔应力集中区及其补强效果较好，则建议用在高强度、低合金的钢容器中。

2厚壁接管补强设计在压力容器设计中，厚壁接管补强方式应用较为普遍。

针对厚壁接管补强，其首要步骤是选材，即以压力容器的使用条件及壳体材料为选材依据，注意其应与压力容器的壳体材料一致。

此外，在厚壁接管补强设计时，还应明确如下要点：一是不得选用强度比母材壳体大的接管材料，以免影响焊接效果；二是若选用强度比母材壳体小的接管材料，应增加接管的壁厚，以提高其补强效果，注意适当缩减接管的流通面积；三是为了减小加工误差，可选用锻件加工或无缝钢管，注意两种材料的使用条件有所区别，即当设计压力低及壁厚要求低时，选用无缝钢管，反之则选用锻件加工，从而满足压力容器开孔的补强要求。

关于化工压力容器的补强设计及计算发表时间：2020-04-07T15:17:02.053Z 来源：《基层建设》2019年第32期作者：赵华融[导读] 摘要：在压力容器设计过程中，满足强度的开孔补强设计及计算对压力容器的安全、平稳运行至关重要。

广州市浩鑫洁净工程技术有限公司摘要：在压力容器设计过程中，满足强度的开孔补强设计及计算对压力容器的安全、平稳运行至关重要。

基于此，笔者展开以下探讨以供参考。

关键词：化工压力容器；开孔补强1.化工压力容器开孔补强设计在化工压力容器开孔补强设计过程中，最主要的是截面的选取，通过对补强面积的确定和计算，求得开孔所需补强面积，再选择适当的补强方式。

补强圈在化工压力容器补强设计中得到较多应用，而厚壁接管补强在其设计制造中显现出的优势使其得到广泛的应用。

2.开孔补强设计在压力容器设计中的运用（1）补强圈补强设计在设备中，适当的补强面积可以使开孔设备拥有更加强大的承载力，适当降低开口边沿的应力峰值。

采用补强圈结构进行补强时，必须符合下面的几项规定：1）低合金钢的标准抗拉强度下限值＜540MPa； 2）补强圈厚度小于或等于1.5倍壳体壁厚； 3）壳体名义厚度≤38mm。

此外，对于盛装毒性为极度危害与高度危害介质的压力容器，也不宜采用。

由于补强圈与壳体采用搭接连接方式，搭接结构处角焊缝会引起较大的局部应力。

补强圈与壳体金属间的热膨胀差会使补强局部区域产生热应力，因此，补强圈补强结构不能用于承受疲劳载荷的压力容器。

（2）厚壁接管补强设计针对容器壁的小孔径开孔补强设计，厚壁接管补强法是较为常用的方法，选用厚壁接管补强时，应保证接管内径满足工艺要求。

厚壁接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好，厚壁接管补强结构的加厚部分处于最大应力区域内，从而可以有效降低开孔边的应力集中系数。

厚壁接管补强可选择无缝钢管，也可选用锻件加工制造。

厚壁管补强与壳体的连接方式有内齐平式、内插入式和外安放式三种类型，见图1，按等面积法原则，内插入式能适当减小补强厚壁管壁厚。

浅析压力容器常规设计规范中的开孔补强设计压力容器常规设计规范中的开孔补强设计是为了提高容器的强度和稳定性，减小应力集中，避免开裂和变形等问题。

在设计过程中，需要考虑容器的功能和使用条件，合理确定开孔位置、大小和数量，并采取适当的补强措施。

开孔补强设计中的关键问题是如何确定开孔的位置和大小。

开孔的位置应尽量避免处于应力集中区域，如容器的角部、焊缝附近等。

开孔的大小则需要根据承受的载荷和应力水平来确定。

一般来说，开孔的面积不应超过容器壁的总面积的30%。

当开孔过大时，容器壁的强度和刚度会大大降低，容易导致变形和破裂。

在确定开孔位置和大小之后，可以考虑采取以下几种方式进行开孔补强设计：1.增加开孔的边缘钝化半径：开孔边缘的过渡半径越大，应力集中程度越小。

在常规设计中，一般要求开孔边缘的钝化半径为开孔直径的1.5倍。

2.添加补强环：在开孔边缘处添加环形补强，可以有效减小应力集中，提高强度和稳定性。

补强环的尺寸和数量需要根据开孔的大小和容器的使用条件来确定。

3.增加开孔区域的厚度：开孔附近可以增加壁厚，提高容器的强度和刚度，减小应力集中。

墙厚增加的大小需要根据应力分布和容器的使用条件来确定。

4.使用合适的补强片：在开孔的附近添加合适的补强片，可以提高容器的强度和稳定性。

补强片的材料和尺寸需要根据容器的使用条件和承载能力来确定。

5.考虑应力分配：在设计过程中需要考虑容器的应力分配情况，避免应力集中。

可以采用软件模拟和实验测试等方法来确定应力分布和开孔补强设计的有效性。

在进行开孔补强设计时，还需要考虑容器的材料特性、制造工艺和维修等问题。

同时，需要按照国家和行业的相关规范和标准进行设计，确保容器的安全可靠性。

总之，开孔补强设计是压力容器常规设计规范中的重要环节，对容器的强度、稳定性和可靠性起着至关重要的作用。

合理选择开孔位置和大小，采取合适的补强措施，能够有效减小应力集中，提高容器的安全性能。

开孔补强设计在常规压力容器制造中的应用【摘要】在压力容器上开孔，将会使压力容器的承压能力降低，在其设计工艺条件下会产生危险，因此压力容器开孔后需进行补强，本文介绍了压力容易开孔补强的两种方法和应注意的问题，并针对实例进行了计算演示。

【关键词】压力容器补强开孔随着化工行业的发展，压力容器在化工厂中越来越普遍，其安全性也越来越受到重视。

开孔补强设计是压力容器设计中必不可少的一部分，标准和规范中虽然对设计和计算都作了较为详细的规定，但安全、经济、合理的设计仍是摆在我们面前的一个课题。

一旦计算有误就会造成容器的破坏，甚至引起工作人员的伤害，或者造成经济上的浪费。

按照gb150.1～gb150.4-2011《压力容器》规定，在压力容器的设计过程中，应采用适当的开孔补强设计。

下面就对压力容器的开孔补强进行分析。

1 开孔补强方法的选择1.1 压力面积法压力面积是西德ad规范中采用的开孔补强方法，其开孔率可达0.8，较等面积法为大。

当开孔率超出等面积法适用范围时，常采用该法进行补强：压力面积法的意义如下。

式中，ap—为补强有效范围内的压力作用面积；aσ—为补强有效范围内的壳体、接管、补强金属的截面积；p—设计压力；[σ]—材料许用应力公式（1）是以在壳体有效补强区域中的压力载荷与壳体的承载能力相平衡为基础的，即压力在壳体受压面积上形成的载荷与有效补强范围中的壳体、接管、补强材料的面积所具有的承载能力相平衡。

由式（1）的变形得出式（式2）：式中左端项即压力在壳体受压面积上形成的载荷。

式中右端项为材料所具有的承载能力材料的承载能力，应大于压力引起的载荷，所以使用不等号相联接。

1.2 等面积补强法等面积法是以拉伸的开孔大平板为计算模型的。

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，故该方法不能相适应。

等面积法是壳体截面因开孔被削弱的承载面积，需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，即被削弱的承载面积a乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t，即a·[σ]t，由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同时，补强面积等于削弱的面积，故称等面积法。