压力容器规则设计中的开孔补强设计探究

压力容器规则设计中的开孔补强设计探究

王定邦

洛阳石化工程设计有限公司，河南 洛阳471012

摘要：压力容器规则设计中的开孔补强设计，对保证其安全性起着至关重要的作用。随着科学技术的不断发展，人们对压力容器结构越来越重视，这就要求设计者必须加强这方面的研究，使压力容器得到安全有效的使用。目前，我国已颁布了一些关于压力容器结构设计的标准或规范，这些标准和规范都比较完善。然而在实际工作中却存在着不少问题，其目的是提高容器在规定条件下的强度和刚度，改善应力集中现象和减少材料用量，降低制造成本，从而达到延长使用寿命之效果。

关键词：压力容器规则；开孔补强设计；探究

引言：压力容器规则设计中的开孔补强设计是一项非常重要的内容，对确保压力容器的安全可靠起着至关重要的作用。而要做好这项工作，就必须掌握正确有效的方法和手段来保证开孔补强设计方案的可靠性。是确保设备安全可靠运转的关键一环。合理地选择开孔位置及尺寸是保证容器质量最有效、最经济的方法之一。因此，科学合理地进行开孔补强设计对生产起着至关重要的作用。它不仅关系到整个工程结构的安全运行，而且也直接关系到企业经济效益。

一、压力容器开孔补强设计的相关理论

（一）开孔补强设计的基本参数

随着科学技术水平的发展，压力容器设计领域不断拓宽，许多新型的先进技术被应用于压力容器设计中。而这一切都与开孔补强设计息息相关。众所周知，在压力容器的实际工作过程当中，经常会因为一些因素的影响导致容器发生变形或者是泄露现象。如果不能及时有效地解决这些问题的话就可能造成重大安全事故。甚至还会给人们带来巨大经济损失和人员伤亡。由于各种原因，在压力容器设计过程中常会出现一些问题。这些问题会给企业带来一定损失和影响，甚至造成巨大的经济损失。由此可见，合理地进行开孔补强是十分有必要的，否则将会得不偿失，增加浪费，严重时可导致安全事故。因此，加强对压力容器开孔补强设计的研究尤为重要。同时，由于压力容器在使用过程中受外界条件和操作环境等因素影响会产生一些缺陷或问题，这些缺陷或问题严重时将导致设备不能正常工作甚至发生安全事故，严重威胁着人们的生命健康和财产安全。

（二） 开孔补强设计的一般过程

1.确定需要采用的结构形式根据不同类型容器的特点，选用相应的结构设计方法；并考虑到可能出现的应力集中现象，如局部受压屈曲、失稳破坏等情况下的强度校核及稳定性验算。此外还要综合考虑经济合理性、安全性以及施工方便性等因素，才能使整个系统达到最优效果。确保满足设计规范中有关规定的前提下实现最大限度的节约投资成本。因此，必须进行必要的有限元分析，以验证设计方案是否合理可行。另外还需要依据相关规范标准对其受力性能作出评价，以便于指导工程实践，这就是本文研究目的。

2.选择合适的计算模型和计算方法在保证计算结果准确可靠的基础上，应尽可能选取正确有效的计算公式来计算各种载荷作用下容器的内力值。因为任何一种形式的荷载都会导致不同程度的破坏现象，从而使结构出现不均匀沉降或变形等情况。而这些问题往往是由各种因素造成的，且相互之间存在一定的联系。由于影响结构应力大小的因素很多，所以在设计过程中要综合考虑各方面因素，做到既经济又安全，并尽量采用简化方法，避免复杂繁琐的数学公式。同时要充分考虑材料本身的力学性能特性，建立适当的力学分析模型。

3.确定所需尺寸后进行结构设计及强度验算，为工程实践提供依据和参考。首先，介绍了国内外压力容器开孔补强技术发展现状；其次，根据现有资料对常用的几种开孔补强计算方法作简要介绍。再次，通过大量计算分析比较各种计算结果，得出一些结论。然后，详细阐述了压力容器开孔补强设计中需要注意的几个问题。包括：筒体与接管连接方式、封头型式等。

（三）压力容器开孔补强设计的适用条件

1.压力容器的适用性原则压力容器是一种承压设备，它主要用来盛装液体或气体，具有一定的压力，并能承受工作载荷。如果压力容器本身有缺陷时，就会产生局部应力集中现象；一旦出现裂纹和变形则可能导致灾难性事故的发生。因此，压力容器既不能用普通材料来制作，更不能用焊接工艺来进行制造。压力容器属于特种设备范畴，它的安全性直接关系到人民生命财产的安全[1]。因此，压力容器应保证安全运行，但也要防止因制造质量引起的失效而造成重大损失。同时还要满足强度要求，在使用过程中如不适当地改变容器形状或者结构，将会发生破坏。所以，必须加以考虑。其适用范围如下图所示。

2.压力容器分类，一般分为两大类：第一类是承压设备主要用于液体或气体介质中输送物质；另一类是非承压设备（如泵等），用于非易燃，易爆及有毒的流体；第二类是压力管道和贮罐，包括石油天然气工业用的各种储罐、输油管线以及其他一些压力管道。

二、压力容器的开孔补强设计

（一） 开孔补强的要求

1.应保证容器在制造过程中不出现缺陷，并能满足使用功能的要求。如焊接接头焊缝质量不良，会使其承载能力降低甚至失效。因此，对压力容器进行检验时，应予以特别重视。对于需要加工成型的部件，要严格按照工艺方法操作。在安装时要注意防止应力集中现象，以减少变形或避免产生裂纹。此外，还要根据实际情况合理确定补焊部位及尺寸，以便于修复后再投入正常生产使用。一般都采用手工电弧焊，焊前均需打磨处理，检查验收后方可出厂。这样才能确保产品质量合格，同时还可以节约原材料。

2.必须以具有足够强度的结构材料作为基础，特别是焊接接头，其力学性能直接关系到设备安全运行和使用寿命。因此，应尽可能提高焊缝质量，保证安全可靠。合理地选择容器形状，并适当扩大开口率；尽量增大筒体直径。加强制造过程中的检验工作，避免产生缺陷，从而获得高质量产品。在进行结构设计时，要根据实际需要，确定各种几何尺寸及其所占比重。正确选用封头形式及厚度，防止应力集中现象发生。

（三） 压力容器的开孔补强计算

由于焊接工艺和材料性能等原因，一般都存在不同程度的裂纹问题，而这些裂纹又是造成事故的主要因素之一。因此，对压力容器开孔补强应给予足够重视。特别是当容器处于危险状态下使用时，更要引起我们的高度重视。例如，在正常工况下，如果突然出现泄露事故，就可能导致爆炸事故；在非正常情况下，一旦发生破裂事故，将会使整个系统遭到破坏，从而给人民生命财产带来巨大危害，所以说开孔补强设计十分重要[2]。如不及时处理会酿成灾难性后果，严重影响生产进度，甚至危及人身健康，造成重大经济损失。必须采取一定措施予以消除或减少，以确保设备安全运行。

三、压力容器开孔规则对补强设计的影响

压力容器规则就是为了解决压力容器的某些特殊问题，在满足有关规范要求的前提下，对开孔量，壁厚以及其他一些基本数据所作的规定和限制，它决定了压力容器能否承受外部载荷和内部压力，是否允许局部超压。其目的是使容器结构受力合理，便于操作，并尽可能地降低事故发生概率，同时又要防止因应力集中而引起疲劳破坏等危险事故。因此，无论是哪种类型的压力容器，只要达到一定标准，便能保证安全运行，否则，则将受到相应惩罚。

结束语：

压力容器规则设计中的开孔补强设计与普通强度理论相比有许多特点，这些特点直接影响着压力容器的安全性、可靠性以及经济性。如材料选取灵活、计算简便、节省钢材等，但也存在一些不足。例如在进行压力容器结构设计时必须考虑到材料特性对应力分布的影响以及各种失效模式之间可能出现的相互转化现象等等。

参考文献：

[1]孟静. 开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J]. 安防科技, 2021(010):000.

[2]劳志毅. 探究压力容器设计中的常见问题与防范策略[J]. 科学咨询, 2021(35):1.