C筒形压力容器上切向接管开孔补强计算
压力容器之使用补强圈补强的接管补强计算
接管连接型式
插入式接管
接管实际内伸长度
0
mm
接管材料
20(GB8163)
接管焊接接头系数
1
名称及类型
管材
接管腐蚀裕量
1
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
mm
补强圈外径
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C1t
0.6
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
148.25
MPa
接管:B1，B2,φ108×4
计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔
设计条件
简图
计算压力pc
3.5
MPa
设计温度
150
℃
壳体型式
圆形筒体
壳体材料
名称及类型
Q245R
板材
壳体开孔处焊接接头系数φ
1
壳体内直径Di
450
mm
壳体开孔处名义厚度δn
8
mm
壳体厚度负偏差C1
0.3
mm
壳体腐蚀裕量C2
8
mm2
A1+A2+A3=158
mm2，小于A，需另加补强。
补强圈面积A4
561
mm2
A-(A1+A2+A3)
430
mm2
结论:合格
封头轴线的距离
mm
补强圈外径
210
mm
补强圈厚度
6
mm
接管厚度负偏差C1t
0.6
mm
补强圈厚度负偏差C1r
0.3
mm
接管材料许用应力[σ]t
开孔与开孔补强的计算编程
第一章绪论1.1开孔补强的重要性在压力容器设计中，为满足工艺操作，容器制造、安装、检验及维修等要求，开孔是不可避免的。
由于容器开孔以后，不仅消弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力可以达到容器筒体一次总体薄膜应力的3倍，某些场合甚至会达到5~6倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步的提高。
又由于材质和制造缺陷等各综合作用，开孔接管附近就成了压力容器的破坏源—主要疲劳破坏和脆性裂口。
因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。
1.2 开孔补强的设计方法(一)等面积补强法采用此方法要求容器开孔后,在容器和接管连接处周围的补强金属必须等于或大于开孔缩消弱的金属量(已通过孔截面的投影面积计算)。
它是根据补强后，强度安全系数为4~5的经验制订，希望不降低容器开孔后的平均应力。
这种补强方法比较安全可靠，使用简便，就是在接管同时受到内压、弯矩、推力等作用也能够给出足够的安全裕度。
但对不同的接管进行补强时，会得到不同的应力集中系数。
等面积补强应以在开孔中心截面上的投影面积进行计算，使补强材料的截面积不小于因开孔而挖掉的金属面积。
补强材料一般需与壳体材料相同，补强材料许用应力小于壳体的时，补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。
若补强材料的许用应力大于壳体的许用应力，所需的面积不得减少。
(二)根据弹塑性失效准则的设计方法这种补强方法，允许补强后的容器在开孔附近出现塑性变形。
在一次加载过程中出现的一定量的塑性变形，在第二次以后的重复加载中，除了蠕变效应外，不会再出现新的塑性变形。
只要一次应力加上二次应力小于三倍许用应力即两倍的屈服应力，容器就认为是安定的。
这种补强方法是根据美国压力容器研究委员会(PVRC)在圆筒和球壳上装有单根圆筒形径向接管的研究结果得出，其基本的出发点是从应力分类中的安定性概念出发，为维持开孔接管区的安定而僵局部高应力点的虚拟应力限制于δ2s,且将开孔并补强后壳体的屈服压力维持在为开孔时的98%的屈服压力。
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究.docx
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究应力集中危害问题要通过正确的方式强化管理，实现补强计算分析，进而充分的保障压力容器的安全性，提升整体的经济性。
通过开孔补强计算方式，可以有效的解决此种问题。
1.压力容器圆筒大开孔补强计算方法应用价值多数工程具有复杂化、大型化以及工艺特殊的特征，在施工中一些压力容器要通过较大的开孔接管进行处理，此种方式会转变原有容器的应力状态，消弱压力容器的强度。
针对与柱壳容器，开孔之后会导致其受到接管弹性约束的影响，导致容器主管的开孔附近受到薄膜应力状态轴向力以及环向力的影响，出现弯矩以及扭矩等问题。
为了提升整体稳定性，在实践中针对一些大开孔设计y要通过科学合理的方式分析受力状况，进而保障施工安全性，提升整体质量。
2.压力容器圆筒大开孔补强计算方法2.1压力面积法通过欧盟标准压力面积法，综合我国实际状况，在被开孔削弱面积补在孔的周围，给出其需药补强的具体面积，不计孔周边的应力集中问题。
开孔补强设计主要的要求就是基于结构进行静力强度分析，基于一次应力强度出发，分析开孔边缘二次应力安定性。
综合其安全系数以及实践经验系统分析。
此种方式对于开孔边缘的应力强度进行分析是否满足一次总体以及局部中对于薄膜应力静力强度要求。
通过对补强范围材料平均薄膜应力控制的方式达到进行应力强度的控制与管理，要保障其在一倍的许用应力。
综合压力在壳体受压面积产生的荷载以及有效补强范围中的课题、接管。
补强材料面积承载能力平衡的相关静力平衡条件则可以确定其进行接管补强计算的方式。
在壳体以及接管、补强材料相同的时候要根据以下公式进行补强计算公式为：P表示的是设计压力。
2.2分析法分析法就是根据弹性薄壳理论获得的应力分析方式。
主要就是在内压作用之下其具有径向接管圆筒开孔的补强设计分析。
分析法设计准则与压力面积法之间具有一定的差别。
此种方式的模型假定接管以及壳体属于连续性的整体型结构，其计算模型如下图所示。
在应用分析法的时候，要保障焊接接头的质量，保障其整体焊透性。
压力容器筒体上锥形接管开孔补强计算的探讨
补强范围是以端部受均布载荷的圆柱壳的环向薄膜
等面积补强法是 以拉伸的开孔大平板为计算模 以补强壳体的一次总体平均应力作为补强准则。当 开孔较小时 ， 开孔边缘的局部应力 以薄膜应力为主 ， 故该方法可适用。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
径 向和非 径 向锥形接 管五种 开 孔结 构形 式 开孔补 强 的计算 进行探 讨 。 关键 词 ： 开孔补 强 ； 锥 形接 管 ； 径 向； 非径 向
Ｉ ） ＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ７ ８ ３ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｅ ｎ ４ １—１ ２ ７ ５ ／ ｇ ４ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ ３ ０
定》 中， 第 ６章针对非径 向接管的开孔补强计算 ， 提
出 了适用 于 圆筒 、 锥壳 、 球壳 、 凸形 封 头 和平 封 头 在 内压 或外 压作 用 下装 有单个 或 多个 非径 向圆形接 管
（ 包括球壳和凸形封头 的非径 向接管 、 圆筒 或锥壳
轴 向斜接 管 和 周 向斜 接 管 、 平封头斜 接管） 的 补 强 计算 方法 ， 适用 范 围为壳体 或封头 所允许 的最大开孔 直径 （ 以椭 圆 孔 的短 轴 计 ） 。按 Ｇ Ｂ １ ５ ０ ． １—１ ５ ０ ． ４—
油 化 工 压 力 容 器 设 计 工作 。
・
１ ２ ５・
孔 大平板 孔 边应力 的衰 减 范 围进 行 考 虑 的 ， 即补 强 范 围取 为 ２倍 开孑 Ｌ 直径 对应 的范 围 。接管 上 的有 效
应力的衰减范围 进行考虑的， 即补强范围取为￣ ／
（ ｄ为开孔直径 ， 为接管名义厚度 ） 。
等面积补强法以补偿开孔局部截面的拉伸强度 作为补强准则 ， 其补强 只涉及静力强度问题 。壳体
压力管道设备开孔补强计算方法探讨
[1]周冬雨，压力管道设备开孔补强计算方法研究.2018.
[2]郎图婷，浅谈压力管道设备开孑L补强计算方法探讨.2018.
总之，开孔补强的计算方法大体分为两种，一种是按照压力容器开孔补强方法，另一种是按照压力管道设备有关标准的要求进行计算或补强核算，这两种计算方法的理论基础均为等面积补强。用等面积补强法计算或者核算开孔补强时会有所不同，具体采用哪种方法，需在满足相应标准的前提下，根据环境、材料及工程具体情况等因素来选择，使工程设计更加合理准确。大开孔补强应力分析法是基于弹性薄壳理论的计算方法,很好地体现危险截面的应力集中情况，为压力管道大开孔补强设计提供了一种安全快捷的计算方法。
2.许用应力取值方法不同。采用前者方法计算时的许用应力可以在文献中直接查取，而采用后者计算方法时则通过查取材料的屈服强度后乘上设计系数得出。这两种方法会使同种材料许用应力的取值有不小的差异，导致简体的计算壁厚也相差不少。另外，如果在文献[1]中查取材料的许用应力，那么文献中没有列出的材料就无法查到相应的许用应力值。而采用后者计算方法，只要知道材料的屈服强度和设计系数就可以计算出许用应力值。适用范围广泛。
压力管道设备开孔补强计算方法探讨
摘要：随着工艺要求的提高，管线开孔在没有标准管件可用的情况下，大口径管道上直接开孔焊接支管是管道设计时经常会遇到的问题，由于开孔面积较大，需要对开孔处进行详细核算以确定是否需要补强。若需要补强，要根据具体情况、相关标准规范来进行计算和判断，找出最适合的补强方式，并根据计算补强的具体参数要求进行开孔补强，核算结果的准确与否及开孔补强是否足够将影响管道的安全平衡运行。
2.压力面积法。压力面积法是G20582-2011《钢制化工容器强度计算规定》介绍的大开孔计算方法，来源于西德AD规范B9补强设计的规定，这是一种近似的分析方法，基本上是一种经验的极限分析方法。它根据试验应变测量，对具有各种尺寸的开孔与带有齐平径向接管的圆筒形容器上做了一系列压力试验，以壳体开孔接管处产生0.2%的应变所需的压力导出削弱系数，并绘制成曲线。在确定补强设计时，需将削弱系数值代入壳体厚度公式中进行计算，并将开孔率限制在0.8。该法在本质上仍与等面积法相同,对于开孔边缘应力只考虑满足一次总体及局部薄膜应力的静力要求。压力面积法的基本出发点是，对于内压壳体，是以压力载荷的面积和壳体、接管、补强件的承载截面积之间相互平衡为基础的，即由压力载荷的面积对压力乘积所表示的载荷和壳体、接管、补强件承载横截面积对材料许用应力的乘积之间相互平衡，在工程实践中往往应用于低压容器开孔补强的计算中，该方法在计算高压管道大开孔补强时，其结果往往是偏冒进的，随着新版G20582的发布，其方法的适用范围受到更加严格的限制，因此压力面积法不适合压力管道开孔补强计算。
压力容器开孔补强方法
压力容器开孔补强方法作者：马军伟来源：《中国新技术新产品》2015年第11期摘要：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。
关键词：大开孔；补强；压力容器中图分类号：TQ050 文献标识码：A1 前言随着石油化工技术以及海洋和空间等技术的发展，压力容器结构也不再像传统容器结构那样简单。
工艺以及结构需求的不同，使得容器的许多受压元件均要开孔接管，有时还需设计直径大于800mm的大开孔。
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JB 4732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补强，其结构尺寸大（DN500），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（>800mm）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孔计算方法。
浅谈压力容器开孔补强的方法.
浅谈压力容器开孔补强的方法浅谈压力容器开孔补强的方法2011-04-17 09:23 来源：未知浏览次数：关键字：方法,补强,开孔,压力容器,浅谈,浅谈压力容器开孔补强的方法李文英摘要：本文主要对压力容器开孔后进行补强的方法进行探讨，主要针对等面积补强；压力容器大开孔补强方法；平盖开孔补强；高压蒸汽过热器联箱开孔补强这几种方法进行了比较。
关键词：压力容器开孔补强方法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。
这样在压力容器设计中一些较易出现问题的地方，更引起人们的注意了，如压力容器封头上的开孔及补强是一个非常爱出问题的地方，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。
下面就对压力容器的开孔补强进行分析。
1.等面积补强化工容器常用的开孔补强方法是等面积补强法，其基础理论是在有效补强范围内所加补强材料的截面积必须大于或等于因为开孔而失去的截面积。
其实质在于补强壳体的平均强度，即维持容器整体的屈服强度，理论模型是无限大平板开小孔，不至于因开边缘附加弯曲应力引起大的误差，故对小直径开孔安全可靠，其计算方法如下：满足下列条件不需补强：A1+A2+A3≥A不满足这一条件则需要补强，补强金属的面积为：AO= A一(A1+A2+A3 )式中：A---壳体因开孔而削弱的截面积；AO----补强金属的面积；A1---筒体或封头上超过计算厚度S所多余的金属截面积；A2---接管上超过强度计算厚度所多余的金属截面积；A3---补强区内焊缝的截面积。
其适用范围是局部补强的材料基本上应与壳体相同，其强度不应小于壳壁材料强度的75％。
适用于筒体的最大开孔直径dI≤1000毫米，而封头的开孔最大直径是dI≤1／2DJ。
d i—开孔最大直径；DJ—封头内径。
这类计算方法只能在一般情况下应用，在特殊情况下则不适用，例如容器大开孔时补强，平盖的开孔补强以及高压蒸汽过热器的开孔补强，下面将分别讨论。
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究.docx
压力容器圆筒开孔补强计算方法研究.docx压力容器圆筒开孔补强计算方法研究应力集中危害问题要通过正确的方式强化管理，实现补强计算分析，进而充分的保障压力容器的安全性，提升整体的经济性。
通过开孔补强计算方式，可以有效的解决此种问题。
1.压力容器圆筒大开孔补强计算方法应用价值多数工程具有复杂化、大型化以及工艺特殊的特征，在施工中一些压力容器要通过较大的开孔接管进行处理，此种方式会转变原有容器的应力状态，消弱压力容器的强度。
针对与柱壳容器，开孔之后会导致其受到接管弹性约束的影响，导致容器主管的开孔附近受到薄膜应力状态轴向力以及环向力的影响，出现弯矩以及扭矩等问题。
为了提升整体稳定性，在实践中针对一些大开孔设计y要通过科学合理的方式分析受力状况，进而保障施工安全性，提升整体质量。
2.压力容器圆筒大开孔补强计算方法2.1压力面积法通过欧盟标准压力面积法，综合我国实际状况，在被开孔削弱面积补在孔的周围，给出其需药补强的具体面积，不计孔周边的应力集中问题。
开孔补强设计主要的要求就是基于结构进行静力强度分析，基于一次应力强度出发，分析开孔边缘二次应力安定性。
综合其安全系数以及实践经验系统分析。
此种方式对于开孔边缘的应力强度进行分析是否满足一次总体以及局部中对于薄膜应力静力强度要求。
通过对补强范围材料平均薄膜应力控制的方式达到进行应力强度的控制与管理，要保障其在一倍的许用应力。
综合压力在壳体受压面积产生的荷载以及有效补强范围中的课题、接管。
补强材料面积承载能力平衡的相关静力平衡条件则可以确定其进行接管补强计算的方式。
在壳体以及接管、补强材料相同的时候要根据以下公式进行补强计算公式为：P表示的是设计压力。
2.2分析法分析法就是根据弹性薄壳理论获得的应力分析方式。
主要就是在内压作用之下其具有径向接管圆筒开孔的补强设计分析。
分析法设计准则与压力面积法之间具有一定的差别。
此种方式的模型假定接管以及壳体属于连续性的整体型结构，其计算模型如下图所示。
压力容器卷筒大开孔补强计算方法
压力容器卷筒大开孔补强计算方法摘要：压力容器是能够承载一定压力的气体或液体容器，大开孔的压力容器为保证其抗压能力，需在开孔接管位置进行补强。
本文主要对压力容器大开孔补强的相关计算方法进行了分析，并对其进行比较，以找出最适合的补强方法。
关键词：压力容器；大开孔补强；计算方法随着工程技术的发展，对压力容器的要求也越来越高，压力容器常需要进行大的开孔接管工序，而在压力容器上进行开孔操作就会破坏原来的应力状态，使压力容器内的力平衡遭到破坏，因而为了恢复容器内应力平衡状态，需要对容器开孔位置进行补强，而对于补强的计算主要有以下几种方法。
1.压力面积法压力面积法是通过使圆筒、补强原件和接管有效截面产生的承载力与有效补强范围内产生的载荷相等来实现补强的一种计算方法，这种方法在计算时主要考虑补强材料薄膜应力即可，并没有涉及到容器开孔孔边弯曲强度问题，这一方法的计算方式虽然和以往等面积方法有所不同，但原理是一样的。
其计算通式是（Ap/Aσ+1/2）p≤[σ]，其中Ap是指压力容器有效补强范围内的压力作用面积，而Aσ是指补强元件、接管等有效承载面积，p是容器圆筒的设计压力，[σ]则是指所应用的补强材料的许用应力，从上面的计算式就可以看出这一方法的计算是建立在补强截面薄膜应力计算的基础上，而不涉及孔边弯曲应力，因而在实际应用中，常会因实际应力与计算结果相差太大而失去补强的目的，因此这种方法在实际工程中应用较少。
2.ASME计算法鉴于压力面积法在弯矩问题上的缺点，ASME方法就在压力面积法上增加了弯矩作用计算，在理论上就是在计算薄膜应力的同时增加弯矩应力计算，因而其计算通式是，Sb=，M=（/6+RRne）p，其中As是指开孔区域内的横截面面积，而I是指As面积中所对应的中性轴惯性矩，a是指中性轴和容器壁表面之间的距离，Rm是指课题平均的半径长度，Rnm是指接管颈平均的半径长度，e是指As面积中性轴和壳壁中面处之间的距离，由上面的计算式可以看出该计算方法对薄膜应力的计算和压力面积方法相同，并对补强范围进行了调整，然后在这一基础上增加了弯矩计算，弯矩应力主要包括两个部分，一是在实施开孔操作后在孔边缘产生的轴向拉力，二是开空前在开孔区域内压位置上差异不同所带来的弯矩，这一种计算方法较压力面积法更为进步，考虑了开孔位置边缘弯矩应力问题。
圆筒形压力容器上切向接管开孔补强计算
圆筒形压力容器上切向接管开孔补强计算
曲文海
【期刊名称】《化工设备设计》
【年(卷),期】1993(000)002
【摘要】本文介绍一种圆筒形压力容器上切向接管开孔的补强计算方法。
它是在AD 规范B9容器径向开孔补强计算的基础上发展到切向开孔的补强计算。
本计算方法已经在工程设计中使用多年,具有足够的精确性和可靠性。
【总页数】4页(P16-19)
【作者】曲文海
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.302
【相关文献】
1.压力容器封头上锥形接管开孔补强的计算 [J], 兰春林;张涵进
2.圆筒形压力容器开孔补强的计算方法 [J], 沈宏元
3.压力容器筒体上锥形接管开孔补强计算的探讨 [J], 韩志威;程涛涛
4.圆筒体上非径向接管的开孔补强计算 [J], 薛爱芳;雷威跃;王笑真
5.压力容器接管开孔补强的有限元计算模型探讨 [J], 王小敏
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压力管道三通和开孔补强的结构与计算方法
压力管道三通和开孔补强的结构与计算方法1 三通或直接在管道上开孔与支管连接时，其开孔削弱部分可按等面积补强原理进行补强，其补强应按下列公式计算：式中：A1——在有效补强区内，主管承受内压所需设计壁厚外的多余厚度形成的面积(mm2)；A2——在有效补强区内，支管承受内压所需最小壁厚外的多余厚度形成的截面积(mm2)；A3——在有效补强区内，另加的补强元件的面积，包括这个区内的焊缝截面积(mm2)；A4——主管开孔削弱所需要补强的面积(mm2)。
2 拔制三通补强(图2)补强结构的补强计算应满足本规范式(1-1)的要求，其中的A3应按下式计算：3 整体加厚三通(图3)补强结构可采用主管或支管的壁厚或主、支管壁厚同时加厚补强，补强计算应满足本规范式(1-1)的要求，其中的A3应是补强区内的焊缝面积。
图2 拔制三通补强do-支管外径(mm)；di-支管内径(mm)；Do-主管外径(mm)；Di-主管内径(mm)；H-补强区的高度(mm)；δ0-翻边处的直管管壁厚度(mm)；δb-与支管连接的直管管壁厚度(mm)；δ′b-支管实际厚度(mm)；δn-与主管连接的直管管壁厚度(mm)；δ′n-主管的实际厚度(mm)；F-补强区宽度的1／2，等于di(mm)；H0-拔制三通支管接口扳边的高度(mm)；r0-拔制三通扳边接口外形轮廓线部分的曲率半径(mm) 注：图中双点划线范围内为有效补强区。
图3 整体加厚三通注：图3中，除A3外其余符号的含义与图2相同。
4 在管道上直接开孔与支管连接的开孔局部补强(图4)结构，开孔削弱部分的补强计算应满足本规范式(1-1)的要求，其中的A3应是补强元件提供的补强面积与补强区内的焊缝面积之和，补强的材质和结构还应符合下列规定：图4 开孔局部补强注：图4中，除A3外其余符号的含义与图2相同。
（1）补强元件的材质应和主管道材质一致，当补强元件钢材的许用应力低于主管道材料的许用应力时，补强元件面积应按二者许用应力的比值成比例增加；（2）主管上邻近开孔连接支管时，其两相邻支管中心线的距离不得小于两支管直径之和的1.5倍，当相邻两支管中心线的距离小于2倍大于1.5倍两支管直径之和时，应采用联合补强件，且两支管外壁到外壁间的补强面积不得小于主管上开孔所需总补强面积的1／2；（3）开孔应避开主管道的制管焊缝和环焊缝。
压力容器开孔及补强设计
平板开椭圆孔的应力集中
1、几点结论
•在球壳上开圆孔的应力集中系数（ ）小于开
椭圆孔的应力集中系数（
）
•在圆柱壳上开圆孔时的应力集中系数（
）
•若要开设椭圆孔，则应使椭圆孔的长轴与壳体
轴线垂直此时（
）
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
•由于开孔后多焊有不同厚度的接管，应力集中系 数比较复杂，采用理论计算和实验测定相结合的 办法。
•当 越大，即开孔直径越大时应力集中系数越高。 相反，减小孔径，增大壳壁厚度均可降低应力集 中系数。 •内伸式接管的应力集中系数较低，尤其是内伸接 管壁厚较厚时能有效地降低应力集中。
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
过小或过大时上述曲 线均会有较大的误差
球壳带平齐式接管的应力集中系数
壳壁过厚，即 过 小时，应力沿壁厚分 布的不均匀性增大， 应力集中系数将明显 比图示值减小
(mm)
检查孔最少数 量
检查孔最小尺寸(mm)
人孔
手孔
备注
300-500 500-1000
>1000
手孔2个
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
Ф400或长 圆孔
400×250， 380×280
Ф400或长 圆孔
400×250， 380×280
Ф75或长 圆孔
•（2）两相邻开孔中心的距离(对曲面间距以弧长计算)应 不小于两孔直径之和的两倍；
•（3）接管公称外径小于或等于89mm；
•（4）接管最小壁厚满足下表3-9的要求。
接管公称 外径
25 32 38 45 48 57 65 76
压力容器设计开孔及补强设计
（一）开孔应力集中 最大应力在孔边，是应力集中最严重的地方。 孔边应力集中有局部性，衰减较快。
（二）开孔并带有接管时的应力集中
（三）应力集中系数的计算
rm Rm rm
Rm T
RmT
二、开孔补强设计的要求
第三章 压力容器的整体设计问题
（一）允许不另行补强的最大开孔直径
第三章 压力容器的整体设计问题
补强区宽度 B=2d B=d+2Tn+2tn
补强区外侧高度
两者中取大值
h1 dtn h1=接管实际外伸长度 补强区内侧高度
两者中取小值
h2 dtn
两者中取小值
h2=接管实际内伸长度
注意：
第三章 压力容器的整体设计问题
补强材料一般需与壳体材料相同，若补强 材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补 强面积应按壳体材料与补强材料许用应力之 比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材 料许用应力，则所需补强面积不得减少。
（四）补强圈和焊接的基本要求
第三章 压力容器的整体设计问题
M检1查0的孔螺纹孔
补强圈与接管及与壳体的焊接是填角焊及搭焊，视 容器操作条件及设计要求决定是否全焊透。焊缝的成形 应圆滑过渡或打磨至圆滑过渡。
（五）开孔补强的设计准则
第三章 压力容器的整体设计问题
开孔补强设计： 指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将 应力集中系数减小到某一允许数值。
补强圈补强
局部补强12..高补强强度圈钢的（厚厚σ度b壁＞超5过4接0被M管补Pa强）补件和壁强铬厚钼的钢1制.5造倍的或容超器过；tmax
（碳钢tmax＝32mm；16MnR tmax＝30mm）；
3.设计压力大整于锻等于件4M补Pa；强
压力容器大开孔补强计算——等面积法、分析法和有限元应力分析法
压力容器大开孔补强计算——等面积法、分析法和有限元应力分析法【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，GB150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。
本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。
而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。
此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。
即需要设置接管、人孔。
两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。
压力容器壳体的开孔与补强
压力容器的开孔与补强本章重点容及对学生的要求：（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：σσmax=t K （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K t 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设有一个尺寸很大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示，只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近的应力分量为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin32122cos312122cos34121242224222422222rarararararararr（2）平板开孔的最大应力在孔边2πθ±=处，孔边沿ar=处：σσστπθθθ3,0max2===±=r应力集中系数：0.3max==σσtK3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示，球壳受双向均匀拉伸应力作用时，孔边附近任意点的受力为：Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole 孔边处r=a，σσ2max=, 应力集中系数0.2max==σσtK4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD=，δσ42pD=，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin32142cos3141432cos34122312422214212242222122rarararararararr（3）Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r1r3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度，还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力，以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往是造成容器破坏的根源，所要解决这些问题，就必须了解开孔补强中的规定以及要求。
1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为：补强圈搭焊结构和整体补强结构。
1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时，其应当符合的基本的条件为，容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸；使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa若条件许可，优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。
当容器为低温压力容器的时候，补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强，焊接焊缝应当使用全焊透结构，且焊缝圆滑过渡；带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。
补强板采用与器壁相同的材料，带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合，也不适用于设计温度低于-40°的场合。
带补强圈的接管与壳体的连接，以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB15 0中所示结构进行，且接管端部应与容器表面齐平，端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。
?a 强圈虽然结构简单，易于加工，但是补强效果较差，补强圈与壳体之间勺间隙不可避免，同时虽然补强圈上设有排气孔，但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。
1.2整体补强结构补强当具有下列条件时，应当采用整体补强或者局部整体补强。
①高强度钢(标准抗拉强度大于540MPa和铬钼钢(如15CrMoR 14Cr1MoR 12Cr2Mo1R 制造的压力容器；②补强圈勺厚度大于1.5 倍容器壁厚度；③设计压力大于或者等于4MPa的第三类容器；④容器的壳体壁厚大于或者等于38mm；⑤疲劳压力容器或者容器盛装介质为毒性的高位介质容器。
压力容器接管开孔补强的有限元计算模型探讨
摘 要 ： 在压 力容器开孔的有 限元计算模型 中， 统有 限元 计算模型 忽略 了法兰的作用 ， 传 其结果 是相 当 保 守的。带法兰的接 管开孔有 限元计算模型 ， 由于法 兰的作 用使得接 管整体 刚性提 高， 从而使 接管与筒体 交
接 处 的 应 力 大 大 减 小 。将 不 同接 管 伸 出长度 的 带 法 兰 计 算 模 型 的 结 果 进 行 了 比较 ， 纳 出 了不 同接 管 伸 出 归
Ｚｖ ＝ 一． １５１７９ ２ ＊ＤＩ￥９＝ ８ ，２８８ ２３
ＸＰ ＝２５ ●
ＹＰ ＝ １ ６ ４ ＺＰ ＝ ＳＯＯ
＾ ｚ ｚ１ ， ５ 一 ｇ １ ２ ３
果法 兰和法兰 力矩 作用 使得接 管 开孑边 缘 处 的应 Ｌ 力减小 ， 则应 予 以利 用 。为 此 就带 法 兰 的接 管 开
压力容 器接 管大 开孔计 算 是一个 相 当复杂 的 问题 ， 传统 的 等面 积法 适 用 范 围 不能 解决 此 类 问 题， 压力 面积法 也并不 很可 靠 ， 为此工 程 上常采 用 有 限元法分 析计 算 。但有 限元 分析 时 ， 了简化 ， 为 通 常都采 取截 取 接管 法 兰 ， 接 建 立 接 管与 筒 体 直 模型， 简体 和接 管 端 面加 载 等 效 压 力 进行 分 析 计
孔 进行 了一些 考 察分 析 。 １ 传统 有 限元计 算模 型 和 带 法 兰有 限元 计 算 模
型的 比较
蓦
冒季
传统有 限元 算 模 型 如 图 Ｉ所 示 。图 Ｉ中 ，
Ｄ １ ０ ｍ ｍ ， １— ８ｒ ｍ ， 一 ５ ０ ｍ ， ２— ８ ｍ ， ＝ ００ ｔ ａ ｄｉ ０ｒ ａ ｔ ａ ｒ Ｌ一 ２ ００ ０ ｍｍ ， 一 ８ ｍｍ ，Ｔｌ— Ｔ２＝ ｍ ｍ ，ｒ一 Ｈ ００ ＝ ＝８
压力容器圆筒大开孔补强计算方法
压力容器圆筒大开孔补强计算方法发布时间：2021-01-11T03:40:42.338Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：袁甜[导读] 由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。
中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要：由于受到工艺技术操作的影响，压力容器圆筒施工中，极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔，主要是由于开孔接管位置应力复杂，导致承压能力下降。
受到开孔接管结构内压作用，将会影响壳体和接管链接位置结构几何，此时会导致相关区域高应力集中，从而引发较多安全问题。
为了避免出现上述问题，此次研究主要探讨分析压力容器圆筒大开孔补强计算方法，希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词：压力容器；圆筒大开孔；补强计算现阶段，由于多数工程复杂，并且特殊性工艺，部分压力容器需要开孔接管，使原容器应力状态发生变化。
针对柱壳容器，在开孔之后，接管弹性约束会阻碍孔口椭圆化，造成容器主管开孔周边为薄膜应力状态，干扰环向力和轴向力，从而产生扭矩力和弯矩力。
接管轴向力可以应用到容器孔上，此时容器开孔孔边会受到横向剪力影响，容器孔口边缘还会影响接管管壁周边变形，从而遭受反作用力。
所以必须按照应用标准，分析开孔补强处理工艺。
1、常见圆筒开孔补强计算方法1.1等面积法对于等面积法来说，属于美国、日本和中国标准应用的计算方法。
处理原则在于对开孔局面截面拉伸强度进行补偿。
补强处理只是针对静强度问题，只需要计算开孔边缘拉伸强度补强，没有注重开孔边缘弯曲应力、峰值应力。
圆筒大开孔之后，孔口边缘会产生弯曲应力。
圆筒大开孔后，孔口边缘会产生较大弯曲应力，因此无法计算大开孔补强。
1.2压力面积法在应用压力面积法时，可以在有效补强范围内，计算由于内压作用产生荷载和受压元件的抗拉载荷力。
补强计算只是针对开孔部位拉伸强度，计算形式不同。
压力容器的开孔与补强
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：σσmax =t K （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K t 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设有一个尺寸很大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示，只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近的应力分量为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a r a r r （2） 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处， 孔边沿a r =处：σσστπθθθ3,0max 2===±=r 应力集中系数：0.3max ==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示，球壳受双向均匀拉伸应力作用时，孔边附近任意点的受力为：Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ，σσ2max = , 应力集中系数0.2max ==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =，δσ42pD =，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a r a r r （3）Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
浅谈压力容器开孔补强的方法及计算
浅谈压力容器开孔补强的方法及计算发布时间：2021-08-13T10:44:23.333Z 来源：《科学与技术》2021年4月10期作者：韩秋菊[导读] 本文论述了在压力容器的设计中，采用开孔补强的设计方法，由于开孔补强有很多种，本文对其中几种进行深入的分析比较。
浅谈压力容器开孔补强的方法及计算韩秋菊中石化上海工程有限公司上海 ?200120摘要：本文论述了在压力容器的设计中，采用开孔补强的设计方法，由于开孔补强有很多种，本文对其中几种进行深入的分析比较。
关键词：压力容器，开孔补强，计算1.引言随着工业化的发展，压力容器在化工行业越来越普遍，其安全性也越来越受到重视。
开孔补强计是压力容器设计中必不可少的一部分，压力容器开孔后，不仅整体强度削弱，而且还因为开孔造成的应力集中造成开孔边缘局部的高应力，在制造过程中，开孔部分不可避免的形成缺陷与残余应力，于是，开孔附近就往往成为容器的破坏源,因此，在压力容器设计中必须充分考虑开孔补强问题。
2.开孔补强常用的方法2．1等面积补强法等面积补强法是我国压力容器标准GB150中介绍的一种补强方法。
等面积补强法的原则是：在容器和接管连接处周围补强的截面积等于壳体因开孔所减少的截面积。
这种补强的方法是以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则，故对小直径的开孔安全可靠。
同时该方法比较安全可靠，使用简便，在中低压容器设计中较多采用，这也是我们平时设计中最为常见的一种补强方法。
2．2压力面积补强法压力面积补强法是西德AD压力容器规范中采用的补强方法，它的设计原理和等面积法补强方法相同，不同的是对于壳体补强有效范围规定不同。
压力面积补强法开孔率可达0.8，所以当开孔率超过等面积补强时，可以采用压力面积补强。
经过许多实例考证，由于此法计算结果与实际应力相差较大，所以在设计中此种补强方法并不常见。