压力容器开孔补强接管有效外伸长度探讨
压力容器是一种高强度密封容器，在化工、石油、天然气等领域广泛应用。由于工作环境的复杂性和作业过程中可能发生的压力变化，压力容器内部会产生压力变化，这可能导致成型或开裂。因此，压力容器的补强接管设计非常重要。
补强接管是一种压力容器补强系统，可以加强容器的应力分布，从而提高其强度和安全性。在补强接管中，有效外伸长度是一个重要参数，直接影响该设备的稳定性和设计承载能力。因此，为了确保压力容器能够正常运行并避免事故的发生，有必要进行有效外伸长度的探讨。
有效外伸长度指的是管路的外部扩展长度，它通常分类为固体和管道。在压力容器中，大多数开孔补强接管设计使用管道式的有效外伸长度。管道式的接管因为其结构设计合理，应力分布均匀，使得其具有较高的强度和刚度。
在设计补强接管时，需要考虑多个参数，如补强接管的直径、壁厚、材料、分布、伸长长度等。其中，有效外伸长度是影响补强接管强度和稳定性的最重要参数之一。有效外伸长度太短，则意味着管道的承载能力会受到很大限制；而如果太长，则会增加压缩或屈曲的危险，从而减少承载能力。
因此，在进行开孔补强接管设计时，需要在保证其稳定性和强度的前提下，合理掌握有效外伸长度的大小。一般建议将有效外伸长度控制在合适范围内，以确保补强接管能够受到合适的应力作用，提高容器的承载能力。
总之，在压力容器开孔补强接管的设计中，有效外伸长度是非常重要的参数。正确的有效外伸长度设计可以大大提高补强接管的强度和稳定性，从而确保整个压力容器的安全性和稳定性。为了更好地掌握压力容器开孔补强接管有效外伸长度的探讨，下面将介绍相关的数据，并进行分析。
首先，需要考虑补强接管的直径、壁厚和材料等方面的数据。补强接管的直径一般为150mm-200mm，壁厚为10mm-20mm。材料的选择通常是使用高强度低合金钢或者不锈钢等，以确保接管有足够的强度和韧性。
其次，需要掌握接管的伸长长度数据。一般建议将伸长长度控制在1/6 ~ 1/3之间，这样可以保证接管具有合理的强度和稳定性。当然，伸长长度也不能过短，否则会影响接管的承载能力。
青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第13章
1 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：
maxtK （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Kt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
《装备制造技术｝２０１１年第２期 压力容器的开孑Ｌ补强结构优化设计 关庆贺 （中国石油辽阳石油化纤公司机械厂，辽宁辽阳ｉＩ１００３） 摘要：利用ＡＮＳＹＳ对某开孔压力容器进行参数化建模，并完成了优化设计，由有限元结果与试验数据的比较表明， 有接触假设的有限元方法，对应力场分布能够产生更好的理论预测，同时对补强圈与容器壳体之间的间隙变化的影 响，也作了有益的探讨。 关键词：压力容器；开孔补强；ＡＮＳＹＳ；优化设计 中图分类号：ＴＨ４９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１１）０２—００４７—０２ 在压力容器上，由于工艺或结构上的要求，需要 开孔安装接管，如人孔、手孔、排污口介质出入口等。 容器开孔后，由于其结构连续性的破坏，使其开孔边 缘产生很高的局部应力。为降低开孑Ｌ边缘的应力，应 在开孔边缘处进行补强。开孔补强的主要方法，就是 在补强有效范围内，用增加材料的方法，来弥补开孔 所除去的全部或部分金属，特别是应用ＡＮＳＹＳ建模 以及实验数据进行比较分析，优化设计的方法显得 非常重要。 １ 方法 １．１ 模型工作条件与结构参数 具有径向接管及补强结构的圆柱壳模型，由圆 柱形筒体、接管、补强圈、筒体两端的法兰以及焊接 在接管上的加载凸耳组成。所用补强圈的尺寸，是根 据工程上常用的等面积补强法确定的，其外径为２ 倍的接管公称直径，厚度与简体壁厚相同。 为了分析不同厚度对接触特性的影响，分别对 表所示的不同结构尺寸的模型，进行了模拟。补强圈 的外径为２倍的接管外径，厚度与简体厚度相同，这 与工程上通常所采用的结构尺寸一样。 坐标原点０点为容器壳体与接管中线交点； 轴沿接管轴向； Ｓ沿壳体轴向； 材料为Ｑ２３５一Ａ。 载荷及几何尺寸如下： 弹性模量 ＝２ ｌ×１０ ＭＰａ； 泊松比＝０．３； 屈服应力＝３３９ ４ ＭＰａ。 建模与有限元网格划分分析所用图见图１。 ！环境设置删ｎ，Ｅ３５４／ｔｉｔｌｅ， Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ＊ａｆｕｎ，ｄｅｇ ！设定角度单位 ＊ＳＥＴ。ＤＳ００ １筒体内径 ＊ＳＥＴ，Ｌ１，３５０ １简体长度 ＊ＳＥＴ，Ｔ，６ １简体厚度 ＊ＳＥＴ。Ｔ１，６ １补强厚度 ＊ＳＥＴ，ｘｄ５５０ １补强圈外径 ＊ＳＥＴ，ｘｄ，２８０ １补强圈内径 ＊ＳＥＴ，ｘｌ，１５０ １接管长度 ＊ＳＥＴ，ｘｔ，６ １接管厚度 ＊ＳＥＴ，Ｐ，５ １施加内压值 ＰＬＮＳＯＬ，Ｓ，ＥＱＶ，２，１．０ １察看节点应力云图 ＰＬＮＳＯＬ，ＣＯＮＴ，ＳＴＡＴ，２，１．０ １察看接触状态 ＰＬＮＳＯＬ，ＣＯＮＴ，ＰＲＥＳ，２，１．０ １察看接触压力 １．２模拟接触 目前情况下，对内压作用下补强圈与容器壳体 之间，有可能发生接触的区域，应用特殊的接触单 元，是最好的建模技术。 图１有限元网格图 图２内表面接触压力等值云图 收稿日期：２０１０—１１－１３ 作者简介：关庆贺（１９８３一），男，辽宁辽阳人，助理工程师，研究方向：压力容器设计制作。
第４０卷第１期 ２０１２年１月 广州化工 Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１
Ｊａｎｕａｒｙ．２０１２
陈艳 种补强方法的比较
（广州华利恒化工装备有限公司，广东 广州 ５１１４４２）
摘 要：通过对开孔附近的应力分析，可知在压力容器上开孔，不但削弱了容器的材料强度，而且导致容器局部应力集中，使压
力容器的承载能力降低，在其设计工艺条件下会产生危险，成为压力容器破坏的重要因素之一。因此，压力容器开孔后需进行补强， 本文对几种开孔补强的方法进行阐述和比较。 关键词：压力容器；开孑Ｌ补强；应力；方法
中图分类号：［Ｘ９３３．４］ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—９６７７（２０１２）０１—０１０３—０３
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｖａｒｉｏｕｓ Ｋｉｎｄｓ
ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
ＣＨＥＮ Ｙ０ｍ
（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｈｕａ—Ｌｉ—Ｈｅｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ １４４２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆｆ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ，ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ，
ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｗｅａｋｅｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂａｔ ａｌｓｏ ｌｅｄ ｔｏ ｌｏｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓ－
ｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｏｎｅ ｏｆ
