开孔补强技术在压力容器设计中的应用

顾翠华

摘要：在化工企业的生产过程中，压力容器的应用非常广泛，压力容器的合理设计有利于生产安全的保证，同时也有利于压力容器功能的更好实现。在这种情况下，扩孔补强是在压力容器设计过程中有效应用的方法之一。选择的入口点是整体锻件的加强，加强环的设计以及厚壁喷嘴的加强。

关键词：压力容器设计 开口加固技术 整体锻造 厚壁喷嘴

引言

在进行压力容器的设计过程中，开孔非常重要。开孔补强技术的应用有利于容器整体质量的提升。在压力容器工作的过程中，设备由于内部压力的变化，导致整体结构也会出现一定程度的变化，而且由于设备的局部承受能力不足，很可能导致危险的出现。进行开孔补强技术的应用研究在提升压力容器设计效果方面很有必要。

一、补强圈

加强方法的局部加强是广泛使用的设计方法，并且通过使用补强圈加强方法可以有效地实现该目标。补强圈方法是一种将补强圈焊接到压力容器壁上从而增强厚度以提高压力承受能力的方法，同时由于是环状结构，具有更好的稳定性，常见的结构见图 1。再加上焊接通常只能在外部进行，操作较为方便，质量检测也便于开展[1]。

根据容器的规格，设计人员必须以所需的方式进行有效的加固，然后根据容器开口的相关要求和加固的特定特性来计算和确定加固板的厚度。正确选择加固板的材料非常重要，并且需要确保所选材料在使用过程中具有延展性和可塑性。

化工企业常用的化学容器的使用环境一般是腐蚀性和氧化性的，使用过程中的温差变化很大，因此不宜使用补强圈来增强。如果压力容器承受较大的负载，则不宜使用加强环进行加强。控制补强圈的金属间焊接的峰值应力范围非常重要。仅当将效果控制在适当范围内时，才能改善效果[2]。

二、厚壁接管加固方法

在压力容器的设计过程中，不能忽略开口加固方法中的后壁连接加固方法，但是在实际应用中，对后壁连接材料的选择和厚壁连接材料的选择提出了很高的要求，压力容器见图 2。连接材料产生压力因素例如容器的工作环境相对较多，并且壳材料紧密相关。应使用相同的增强材料和压力容器外壳以增强效果。如果增强件的应力低于壳体材料的应力，则必须使用合适的增强件来解决应力不足的问题。加固区域。如果加固的应力大于护套材料的应力，则必须减小加固地面积以改善应力的协调性。

为了提高加固在加固工作中的性能，有必要将焊接加固过程中高应力的位置作为关键，并且其位置应靠近开口[3]。计算加固面积时，只需减去有效加固面积即可。在应用厚壁管加固技术的过程中，如果加固板比壳管材料高，将严重影响压力容器的性能并达到功能匹配。但是在实际加固过程中发现该操作受到了限制，主要是因为管道材料的强度较高，焊接工作的难度提升，焊接质量无法有效保证，这样就导致了增强效果并不能达到预期。

选择管道材料时，以外壳本身的材料为标准，如果管道材料的强度低于外壳材料的强度，则要增强加固效果，则需要增加管壁的厚度。另外，可以很好地控制和有效控制喷嘴的流通面积，使焊接过程更加方便，最后可以实现压力容器的加固效果。

三、綜合锻造补强技术

在设计过程中，还可以采用整体锻造技术来增加强度，这一技术的应用是利用整体补强，降低开口带来的强度变化影响，对整体的压力进行平衡。此时，如果壳体的应力平衡，则整个锻造结构就会滑动。针对这一现象，还揭示了整体锻造补强技术的重要意义。应特别注意运转的壳体和锻件，这是应用此技术时要做的第一件事。整个执行过程相对复杂。为了实现预期的设计效果，就必须进行合理的分析，而且需要认识到每一种方法的优先与缺点，这种技术虽然能够有效加固，但是整体焊接难度大，必须控制局部应力，因此常常用于一些特殊的压力容器设计与开孔补强过程中。

如果仅选择喷嘴，焊头焊接位置和喷嘴厚度方向作为入口点，则在所有锻件中，增强应力值最小，应力集中在焊头中。在该位置，沿着头部的壁厚方向，并且在增强应力强度的方法上没有明显差异。当采用厚壁连接方法时，可以很容易地分析出，相对较低的强度应力经常出现在连接的顶部，并且在其他位置出现的大多数应力相对较大。内延长管的强度随着其增加而持续降低。如果内部伸长率大于一定长度，则在接合位置处的应力会大大降低，而同时会发生更大的位移[4]。

四、特殊设计

在加固压力容器的过程中，一般采用等面积加固设计方法，主要是为了确保加固的截面积大于有效开口的损失面积。可以将理论模型视为不受面积限制的平板开口，并且不存在会增加偏差的过度弯曲。

分析和设计方法的模型是假设外壳和喷嘴为整体的结果，因此，在这种情况下应用时，必须确保焊接接头的熔深力和质量。该方法主要基于弹性分析和几何极限的建议设计准则，从而可塑性足够，循环载荷最大，并且在打开操作期间可确保最大的安全性。

五、结束语

开口补强方法在压力容器的实际设计中起着非常重要的作用。为了避免开放处理对整个容器外壳的强度和尽可能多的局部应力集中的影响。对于大问题，需要特别注意开口加固的设计，以使压力容器在实际应用过程中避免潜在的安全隐患。通过使用不同类型的开口设计解决方案，并通过对合理的设计方法进行具体的分析和研究，可以尽可能避免不必要的损坏，并最终创造出良好的性能，寿命和整体质量的压力容器。

参考文献：

[1]张磊，曹“.开孔补强技术在压力容器设计中的应用 [J].石化技术，2020，27（03）：221-222.

[2]张旭，王丽萍.开孔补强技术在压力容器设计中的应用 [J].化工管理，2019（36）：126-127.

[3]何禹.浅谈开孔补强技术在压力容器设计中的应用[J].中国设备工程，2019（11）：134-135.

[4]葛建社.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].中外企业家，2019（12）：141.

（作者单位 ：江苏恒德力化工设备制造有限公司 ）