压力容器常用开孔补强方法对比分析(正式)
压力容器大开孔补强计算方法实例分析
- 43 -第6期压力容器大开孔补强计算方法实例分析王嘉瑶，翟新锋（中泰创新技术研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830000）[摘 要] 在压力容器设计中，经常面临着大开孔补强问题。
在壳体上开孔影响其承压能力，且开孔的大小、尺寸受到诸多限制，补强方法也多种多样。
本文总结了常用的几种开孔补强计算方法，如等面积法、分析法和压力面积法，并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析，有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器；大开孔；等面积法；分析法；压力面积法作者简介：王嘉瑶（1998—），女，湖北人，本科学历，在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。
1 前言大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。
大开孔会削弱壁厚的强度，且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大，因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。
化工装置中，常使用带水包的压力容器，利用油水密度差进行油水分离。
而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近，即d/D 较大，这时就需要考虑大开孔补强。
本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ，设计温度60℃，内径φ2000，C1=0.3mm ，C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。
图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围图2 算例示意图2 等面积法等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。
它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力，类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中，所以对小直径的开孔安全可靠。
除此之外，还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷验，开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予一定的配套限制，也能保证安全，是一般开孔的首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。
因为本次开孔接管垂直于筒体，所以满足这部分要求。
(特种设备)压力容器常用开孔补强方法对比分析
压力容器常用开孔补强方法对比分析压力容器一旦发生事故，危害很大，因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。
对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种：一是等面积法，二是分析法。
本文对这两种方法作以比较和分析。
在石油化工行业中，压力容器上的开孔是不可避免的，如要开进料口、出料口、人孔等。
容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱；另一方面，器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了压力容器的薄弱环节。
因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措施，使被削弱的部分得以补偿。
开孔补强基本原理2.1.等面积法该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则。
当开孔较小时，开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的，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。
等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内，当离孔边缘的距离越大，越接近薄膜应力。
它的特点是：角焊缝，具有应力突变，易产生应力集中点，受力状态不好。
2.2.分析法这种补强方法是以壳体极限分析为基础的，相对等面积法合理得多，但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。
这种方法优点是：克服等面积法的缺点，在转角处采用圆滑过渡，减少结构形状的突变，减小应力集中程度。
将补强面积集中在应力最高点，充分利用补强面积，使补强更经济、合理。
对比分析3.1.等面积法等面积法顾名思义：壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积，须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“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t，即A[σ]t，应由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同时，则补强面积就等于削弱的面积，故称等面积法。
球形封头开孔补强四种设计方法对比
球形封头开孔补强四种设计方法对比孙 禹∗ 华陆工程科技有限责任公司 西安 710065摘要 本文简要介绍了如何使用解析法、应力分类法、极限载荷法和弹塑性分析法确定压力容器结构的最大允许载荷，并以球壳模型和球壳+接管模型为算例，分别使用上述四种方法确定结构的最大允许载荷，通过对数值计算结果的对比分析得出以下结论：常规设计方法的安全裕量随着厚径比的增大而逐渐减小，在使用常规设计法确定结构尺寸时，对于壁厚较大的设备应适当提高设计裕量；使用应力分类法确定厚壁容器的结构尺寸时可能偏于危险，此时应采用更为合理的极限载荷分析法或者弹塑性应力分析法。
关键词 解析法 应力分类法 极限载荷分析法 弹塑性应力分析法 最大允许载荷。
∗ 孙 禹：工程师。
2015年毕业于北京化工大学 动力工程及工程热物理专业获硕士学位。
现主要从事压力容器设计工作。
联系电话：029-********，E-mail ：************************。
压力容器的设计根据计算方法不同可以分为常规设计法和分析设计法。
因为一般压力容器厚度方向尺寸远远小于另外两向尺寸，所以常规设计将压力容器简化为薄壳结构，以回转薄壳无力矩理论为基础，求得结构尺寸的解析解。
经过多年的发展，常规设计理论已经日趋完善，目前工程领域中绝大多数压力容器均可以通过常规设计完成设计工作。
近年来，随着计算机处理能力的不断提升，以有限单元法为理论基础的分析设计取得了很大的发展，在压力容器设计领域逐渐占有一席之地，尤其在常规设计无法解决的领域发挥了极大的作用，帮助设计人员完成设计工作，使得在复杂温度场、交变载荷等苛刻工况作用下的设备得以安全运行[1]。
壳体与接管相贯的结构在压力容器中最为常见，壳体开孔处的强度问题也直接影响设备的安全。
常规设计对壳体的开孔补强主要采用等面积补强法；分析设计根据材料模型和结构响应不同可分为弹性分析和塑性分析，目前，国际上广泛应用的主要有应力分类法、极限载荷分析法、弹塑性应力分析法。
压力容器大开孔补强设计的ASME法与有限元法的分析比较
R t mm 中的大者 , R n / R ≤0. 7。
AS M E 法适用的载荷条件和结构形式为 , 仅受
内压作用 ,筒体径向开孔 , 接管没有内伸 , 即内部齐 平的接管 。
AS M E 法开孔补强既适用于带补强圈的结构 ,
1 A SM E 法的适用范围和公式由来
大部分的计算公式是有其适用范围的 , 超出适 用范围后计算结果是不可靠的 , 想当然地外推是非
Keywords p ressure vessel, large opening, opening reinforcement calculation, finite element, stress classification
AS M E Ⅷ2 1 于 2001 年提出的圆筒壳体上的大 开孔补强设计方法 , 受到压力容器设计人员的极大 关注 ,此方法 (下称 AS M E 法 ) 与使用多年的压力面 积法相比 ,增加了开孔边缘弯曲应力的计算和评估 , 使开孔补强设计更加安全可靠 。有限元法是一种使 用范围更加广泛的开孔补强计算方法 , 它几乎不受 任何尺寸限制 。毫无疑问 , 在两种方法都适用的范 围内 ,它们的计算结果都是可靠的 ,但这两种方法的 计算所得到的应力又有比较大的差别 , 本文通过对 两种方法的计算结果的分析比较 , 找到了两种方法 计算结果之间的关系 , 并进一步明确了开孔边缘弯 曲应力的分类问题 。
壁的距离 , mm; Rm — — — 壳体平均半径 , mm; R nm— — — 接管平均半径 , mm;
e — — — 图 1 中阴影区域的中性轴到器壁中
R - x x d xP
2
2
2
2
- x xdx = - P
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。
压力容器开孔补强分析及各种补强方法的比较
（ ｕｎ ｚｏ ａ ｉ Ｇ ａ ｇｈ ｕＨｕ —Ｌ —ＨｅｇＣ ｅ ｉａ Ｉｄ ｓ ｙＥ ｕ ｍ ｎ Ｃ ． Ｌｄ ，Ｇ ａｇ ｏ ｇＧ ａ ｇｈ ｕ５ ４ Ｃ ｉａ ｎ ｈ ｍ ｃｌ ｎ ｕｔ ｑ ｉ ｅ ｔ ｏ ， ｔ． ｕ ｎ ｄ ｎ ｕ ｎｚｏ ４ ２， ｈｎ ） ｒ ｐ １ １
力集 中系数大于法 向接管开孔 ， 图 ２中的（ ） ｂ 的应 力集 如 ａ 比（ ）
中系 数 大 。
１ 开 孔 附 近 的 应 力 分 析
１ １ 平板 开孔 附近 的应 力 ．
经分析 … ： ①平板 开圆形 孔 ； ②壳体 开孑 ； 平 板开 椭 圆形 Ｌ③
孔； ④无 限大平板开 多个孔 。得 出以下结 论 ： ①开孔 的应 力集 中区域 内的应 力是 属于 局部 应力 ， 衰减很
轴线 ， 否则将 使柱壳强度大大降低 ； 图 １中的 （ ） ａ 好。 如 ｂ 比（ ）
⑤多个开孔 ， 随着 间距 减小 ， 孔边 应力 梯度 也减小 ， 大 其 最 应力逐渐接近与按作用面积计算 的平均应力 ； ⑥无论是球壳或简体 ， 若将开圆孔与椭 圆孔相 比 ， 者应 力 后 集 中系数 比前者大 ， 故当接管的方 向不在壳体 的法线 时 ， 的应 它
的要求 ， 使设备能够进行正常的操作 、 测试 和检修 ， 在壳 体和端盖 上不可避免地有各种 开孔并连接接管 ， 例如 ， 物料进 口、 口， 出 测量
和控制点 （ 压力表 、 测温 口）视镜 、 、 液面计 、 人孔和手孔等 。 开孑 的结果 ， Ｌ 不但会 削弱容器壁 的强 度 ， 且在 开孔附 近会 而 形成应 力集中 ， 峰值 应力通常达到容 器壁 中薄 膜应力 的数倍 ， 其 例如 ３倍 ， 时甚至达到 ５～ 有 ６倍 。这样高的局部应力 ， 加上接管 上有 时还有其他 的外载荷所产生 的应力 ， 温度应 力 ， 以及容 器材 质 和开孔 结构在制造过程 中不可 避免地会 形成制造 缺 陷。残 余 应力 、 是开孔 附近 就往往 成为容 器的破 坏源 一主要 是疲 劳破 于 坏 和脆性 裂 口。因此 ， 开孔补 强设计 是压 力容 器设 计 中较重 要 的组成部分 ， 是保 证容 器安 全操作 的重 要 因素。我 们必 须正 确 分析 开孔 附近的应力集 中， 并采取适 当的补强方法 。
浅谈压力容器设计中常用三种开孔补强方法的区别
浅谈压力容器设计中常用三种开孔补强方法的区别
赵国龙
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】在压力容器的设计中,对于壳体的开孔补强,常用的有等面积法、分析法和压力面积法这三种方法,从每种方法的适用范围与出处进行比较区分,以明确各种方法的应用场合及内在的区别与联系.
【总页数】2页(P221-222)
【作者】赵国龙
【作者单位】广西合浦南方机械设备有限公司,广西北海536100
【正文语种】中文
【中图分类】TG441.3
【相关文献】
1.开孔补强方法在压力容器设计中存在问题分析 [J], 刘文娟
2.浅谈压力容器设计中开孔补强设计的应用 [J], 易辙
3.开孔补强技术在压力容器设计中的应用 [J], 张磊; 曹野
4.压力容器设计中开孔补强设计的应用分析 [J], 赵博
5.压力容器设计中开孔补强设计探析 [J], 张皓斌
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压力容器大开孔补强计算方法对比
关键词
压 力容器 大开孔
补强
现代化 承压 设备应 用 中， 由于 工 艺 和 结 构 的需 求 ， 不 可避 免 地 出现 较大 的开孔 接
拉承 载 能 力相 平 衡 的计 算方 法 ， 其 计 算方 法
只涉及 补 强材料 的薄 膜应 力 。
管， 而 容器 大 开孔 会 在 开孔 边 缘形 成 比较 复
图１用于设计计算的接管有效厚度比的限制
余 热 锅 炉 ２ ０ １ ４ ． ３
２ ５
管 有 效 厚度 与 壳 体有 效 厚
度 之 比应 不超 过 图 １ 查 处 的值 ， 如 超 出， 超 出部 分 不
应 计 入 补 强 ；用 于 制 造
时， 即实 际 采用 厚 度 时 ， 接
十－ 尊
构， 接 管 与 壳 体 连 接 内 外 壁 应 避 免 尖 角 过
渡， 而采用 ｒ 圆角 过渡 ；
图３圆筒壳体单个开孔且补强圈补强
计 算 公 式 ：（ Ａｆ ｔ ＋Ａ ｆ ｗ） （ ［ Ｏ ］ ｓ － Ｏ ． ５ ｐ） ＋
Ａｆ ｐ（ 【 ０】 ｐ － ０ ． ５ ｐ） ＋ Ａｌ ｐ（ ［ Ｏ】 ｂ － ０ ． ５ ｐ）≥ｐ ×
处壳 体 曲率 直 径从 有 关 曲线 图中 查取 ， 设 计
计算 时壁 厚 比最 大 为 ２ ， 制造 时 实 际采 用 的
壁 厚 比最 大 为 ３ ， 由此 说 明 制造 时不 要 随 意 增加壁厚， 不是壁厚越厚越好 ， 太 厚 了不 仅
不经济， 而 对 应 力没 有 好 处 。 从 适 应 范 围 的
管 有效 厚度 与 壳体 有 效 厚
度 应 不 超 过 图 ２查 出 的
值。
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。
压力容器大开孔补强方法
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方法主要有 ： 压力面积 法， 限载荷 法及 有限单元 极
法。
承 压设 备设 计 中 ， 由于特殊 的工艺 流程要 求 ， 有
时需要有较大的开孔接管 。容器大开孔不可避免的
・
３ ・ ８
维普资讯
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Ｒ ｓ ｒｈＩ ｔｕ ｆ ｈｍｃｌ ｃ ａｉ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｒｔ Ｌ Ｕ ｎ ｏ ｉ ｅ ａｃ ｓ ｔｅｏ Ｃ ｅ ｉ ｈｎ ｎｉ ｅｉ ，ｈｊ ｎ ｎ ｅｓｙ Ｉ ａ ｑ￣ ｅ ｎｉｔ ａ Ｍｅ ｃ ｎ ｎ ａ ｖ ｉ
ｖｓｅ ｉ ｉ ｐ ｎｎ ，０ｒｌｆｒｅ ￣ ｓａｓ ｌｔｌ ｒ ｏｓａｙ Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｄ ｃ ｄ ｓｖ ｒｌ ．如 ｅ ｒ ｅｓｌ ｗｔ ｈｓ。 ｅ ｉ铲 ８ ｎｏｃｍｅ ｔｉ ｂ ｏｕｅｙ ｌ ｅｓｒ ． ｈｓｐ ｐ ｒｉ ｒ ｕ ｅ ｅ ｅａ ｍ ｍｅ ｔ ｓ ｈ ｅ ｏ ｎｏ Ｉ ｎ １ｄ ｏ ｒｓｕｅｖｓｅｓｗ ｔ ｉ ｐ ｎｎ ｓ ｐｅ ｓｒ ｒａｍｅ ｏ ｌ ｔｌ ｄｍｅｈ ｄ； ｎｔ ｌ ｘ ｆ Ｍ ， ｏ ｓｆｒｐｅｓ ｒ ｅｓｌ ｉ ｂｇｏ ｅ ｉｇ ：ｒｓｕｅａｅ ｔ ｄ；ｍｉ ｏ ｔｏ ｆ ｉ ｅｅ ｔｍｅ ｘ ｈ ｈ ｉ ａ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｌ ａｓ Ｔ ｌｚｄｔｅｒｏ ｎ ｐｉ ｃ ｉｍ ｎ ｈ ｒｃｅ ． ｌ ａｌ ｖｅ ｉ ｗ ｒ ｉ ｕ ａ ｄ ｃａａ ｔｒ ｏ Ｂ ｈ ｎ ｐ
第 ｌ ９卷第 ２ 期
压
力
容
器
总第 １１ １ 期
ｌ 压 力 面积法
力面积法的载荷项 多了 Ｐ ， ２ Ｄ ／ 一项 ， ３ 其余则完全相
压力容器基础知识 - 开孔和补强
二、对容器开孔的限制 ◆ 当圆筒内径Di≤1500mm时，开孔最大直径d ≤Di/2， 且d ≤520mm；当圆筒内径Di＞1500mm时，开孔最大直径 d ≤Di/3，且d ≤1000mm。 ◆ 凸形封头或球壳上开孔时，开孔最大直径d ≤Di/2。 ◆ 锥壳上开孔时，开孔最大直径d≤Di/3，Di为开孔中心 处锥壳内径。 ◆ 在椭圆形或碟形封头的过渡区开孔时，孔的中心线宜 垂直封头表面。
标准补强圈结构
◆ 补强圈结构的适用范围 A型适用于无疲劳、无低温及大的温度梯度的一类压力 容器，且要求设备内有较好的施焊条件。 B型适用于中压、低压及内部有腐蚀的工况，不适用于 高温、低温、大的温度梯度及承受疲劳载荷的设备。S 取管子名义壁厚的0.7倍，一般δn t=δn/2 (δn t为 接管名义厚度；δn为壳体名义厚度)。 C型适用于低温、介质有毒或有腐蚀性的操作工况，采 用全焊透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2； 当δn＞16 mm时，δn t≥8mm。 D型适用于壳体内不具备施焊条件或进入设备施焊不便 的场合，采用全焊透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2；当δn＞16 mm时，δn t≥8mm。 E型适用于储存有毒介质或腐蚀介质的容器，采用全焊 透结构，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2；当δn ＞16 mm时，δn t≥8mm。 F型适用于中温、低温、中压容器及盛装腐蚀介质的容 器，要求当δn≤16 mm时，δn t≥δn/2，当δn＞16 mm时，δn t≥8mm，且接管公称直径DN≤150 mm.
◆ 标准补强圈的选用
若需采用补强圈补强 ，可采用以下程序来选择标准补 强圈：
● 确定补强圈的尺寸； ● 由设备的工艺参数决定补强圈的结构； ● 补强圈材料取与被补强壳体材料相同。
压力容器的开孔与补强
压力容器的开孔与补强压力容器是一种用于贮存和运输高压气体、液体或者混合物的设备。
它们通常需要承受巨大的压力，在日常使用中，压力容器容易出现开孔和损伤的情况。
这种情况下，我们需要对压力容器进行修复和加固。
下面，我们将重点探讨压力容器的开孔与补强的相关知识。
1. 压力容器开孔的原因压力容器开孔的主要原因是意外撞击和磨损。
在使用过程中，如果受到了外力的冲击或者过度的磨损，压力容器的表面很容易出现开孔或者裂缝。
另外，压力容器还可能在制造和储存过程中出现缺陷，导致它们容易出现开孔和损伤。
2. 压力容器补强的方法常见的压力容器补强方法包括金属厚板贴补、涂覆材料和拉毛加固等。
(1) 金属厚板贴补：该方法是在压力容器的开孔处贴补一块同样厚度的金属板，然后使用焊接技术将其固定。
这种方法的优点是容易操作，效果比较显著，但是需要小心操作，否则可能会导致更严重的气体泄漏。
(2) 涂覆材料：这种方法是把一个薄的涂覆材料铺在压力容器的表面，在开孔处多涂几层。
涂覆材料通常是耐高温、抗腐蚀的特殊塑料或者橡胶材料。
该方法的优点是简单易行，不会对整个压力容器造成太大的影响。
(3) 拉毛加固：这种方法是在压力容器的开孔处用拉毛工具让金属拉伸，使其保持平整。
然后在开孔处焊接一块金属板，以加强其整体性能。
拉毛加固的优点是成本较低，对环境污染较小，适合于一些小型压力容器的修补。
3. 压力容器补强的预防措施在压力容器的设计与制造中，预防措施是非常重要的。
以下几点应该注意：(1) 在制造过程中确保压力容器表面光滑、整齐，不要有裂缝或者瑕疵。
(2) 在储存和运输时要轻拿轻放，防止碰撞和磨损。
(3) 在使用过程中，要对压力容器的外部结构进行定期检查，发现缺陷及时修复。
总之，压力容器是现代工业中必不可少的储存和运输设备。
在使用过程中，如果出现了开孔和损伤的情况，我们应该及时进行修复和加固，以确保其安全稳定运行。
同时，在设计、制造和储存过程中，也要注意预防措施，减少压力容器出现开孔和损伤的可能性。
压力容器开孔补强中分析法、等面积法及压力面积法的对照
（ １ ） 当 圆 筒 内径 Ｄ． １ ５ ０ ０ ｍｍ， ｄ ｏ ｐ ＜Ｄ． ＿ ／ ２ 且 ｄ ｏ ｐ ＜ ５ ２ ０ ｍｍ， 圆 筒 内径Ｄ ＞１ ５ ０ ０ ｍｍ，ｄ ｏ ｐ ＜ ＿ Ｄｉ ／ ３ 且
ｄ （ ． 。 ＜１ ＿ ０ ０ ０ ｍｍ；
（ ２ ） 凸形 封 头或 球 壳 的开孔 的 最大 直径 ｄ 。 Ｄ． ／ ２ （ ｄ ｏ 。 为 开孔 直径 ，Ｄ ． 为壳体 的 公称 直径 ）；
比 较 大 。 由 于 补 强 圈 并 未 和 壳 体 、 接 管 形 成 整 体 ，之 间存 在 着 一 层 静 止 的 间 隙 ，传 热 效 果 差 ， 容 易 引起 温 差应 力 ，补 强 圈 和壳 体 相 焊 时 ，此 处
ｌ 等面 积法
该 方 法 是 基 于 采 用 无 限 大 平 板 开 小 孔 的 原 理 为 基 础 的 ，仅 考 虑 容器 壳体 的一 次 拉 伸 薄 膜 应 力 ， 以 补 强 壳 体 的 一 次 总 体 平 均 应 力 为 补 强 准 则 。适 用 于 压 力 作 用 下 壳体 和 平 封 头 的 圆形 、椭 圆形 或 长 圆 形 开 孔 ， 当在 壳 体 开 椭 圆形 或 长 圆形
承 压 设 备 壳 体 开 孔 以后 ，一 般 需 设 置 接 管 和 人 孔 ，但 孔 边 存 在 三 种 应 力 ：① 局部 薄 膜 应 力 。
孑 Ｌ 时 ，孔 的长 径 与椭 圆 之 比应 不大 于２ ，且 适用 范 围：
壳 体 开 孔 后 ，开 孔 边缘 附近 应 力分 布 很 不 均 匀 ， 在 离 开 边 缘 较 远 处 应 力 几乎 没 有 变 化 ，增 大 的应
压力容器设计技术 方面工作。 Nhomakorabea ４ 一 ■ 论文广场
压力容器开孔补强方法比较
压力容器开孔补强方法比较摘要在工程应用中经常需要为了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，一方面削弱了器壁的强度，于是降低了容器的承载能力；另一方面，器壁开孔和接管破坏了原来结构的连续性，在开孔附近导致很高的应力集中，成为容器的薄弱环节。
关键词压力容器；开孔；补强方法；比较目前，用于压力容器的开孔补强设计方法主要有等面积补强法、弹性应力分析法、极限分析法、美国压力容器研究委员会建议草案（以下简称PVRC法）、实验屈服法和压力面积法。
现就PVRC法、实验屈服法和压力面积法进行比较。
UDS系统提供了一种在数据库管理系统外围增加一套安全控制机制的方式，有针对性地解决了数据库连接密码固定不变的问题，能够根据用户制定的密码保护等级的要求周期性地随机生成新的合法密码，使得在不影响数据库信息和较少影响数据库访问及基于数据库的应用系统的开发这些前提下能够充分保障数据库中数据信息的机密性和有效性，并且能够支持多种关系数据库产品。
1 基本原理1.1 PVRC法美国PVRC通过对大量整体锻件补强结构的实验分析后提出下面的补强准则：接管与筒体或壳体发生全域塑性失效时的极限压力等于未开孔时筒体或壳体的屈服压力（即p1=0.98ps）,并且允许开孔或接管处最大应力为3倍许用应力（亦即σmax=3[σ]）。
GB150-89《钢制压力容器》规定的适用范围为：1）适用于承受内压的圆筒、球壳及凸形封头（在以封头中心为中心80%封头内直径范围内）的径向单个圆形开孔的补强设计；2）两相邻开孔边缘的间距不得小于2.5[S（Di+Sn）/2]1/2；3）在圆筒上，最大开孔尺寸应为d/Di≤1/3，d/（DiStr2/S）1/2≤1.5,且Di/Sd 为10~100；4）在球壳和封头上最大开孔尺寸应为d/（2R）≤0.5, d/（2RS）1/2≤0.8，而且2R/Sd为10~100；5）如用接管和补强件补强，则应与壳体焊成整体，且采用全熔透焊缝，过渡部分需要考虑过渡半径并打磨光滑；6）接管、补强件和壳体所用材料的标准常温抗拉强度与屈服强度之比σb/σs≥1.5。
压力容器开孔补强分析及各种补强方法的比较
兰 Ｃ ｜ ｈ 代 化工研奔 ｅ ｎ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ｄ ｉ ａ ｔ ｅ
综 述 与 专论
２ ０ １ ７ ・０ ５
压 力容器开孔补强分析及各种补强方法的比较
六叶梦元
（ 九江检安石化 工程有限公司 江 西 ３ ３ ２ ０ ０ ４）
摘 要 ： 本文将 对压 力容 器开 孔补 强的方 法进 行 阐述 ，并 就各 种开 孔补 强方 法之 间 的存 在 的优 势和 缺 点进 行 分析和 比较 ，以期 更好 地指 导
给压 力容 器如何 开孔 补 强。
关 键 词 ：压 力容 器；开 孔补 强 ；方 法比较
中 图分 类号 ：Ｔ
文献 标识码 ：Ａ
Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｏｐ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ
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压 力强度 的下 降 ，并在 开孔 附 近区 域导 致应 力 集 中 ，大大超 出了容 器壁 承 受力 ，造 成压 力 容器 的破 坏 。 因此 ，必须 要 针 对压 力 容器 开 孔进 行补 强 ，选 择合 适 的补 强 方法 ，保证 压 力 容器 的安全 操作 。
处进 行补 强 的话 ，那 么 必须 要 将结
。
构位 置 进行 焊 透 ，特 别 要注 意 焊 接 应 力过 高和 焊 接缺 漏 ，在 接管 拐 角 处要进 行打磨 （ 见 图一 ）。
（ ３ ） 压 力 面积 法 。压 力面 积 法 是在 压 力容 器 开 孔 区域 周
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。
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压力容器常用开孔补强方法对比分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.
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文件编号：KG-AO-4119-25 压力容器常用开孔补强方法对比分
析(正式)
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压力容器一旦发生事故，危害很大，因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。
对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种：一是等面积法，二是分析法。
本文对这两种方法作以比较和分析。
在石油化工行业中，压力容器上的开孔是不可避免的，如要开进料口、出料口、人孔等。
容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱；另一方面，器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了压力容器的薄弱环节。
因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措施，使被削弱的部分得以补偿。
开孔补强基本原理
2.1.等面积法
该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则。
当开孔较小时，开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的，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。
等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内，当离孔边缘的距离越大，越接近薄膜应力。
它的特点是：角焊缝，具有应力突变，易产生应力集中点，受力状态不好。
2.2.分析法
这种补强方法是以壳体极限分析为基础的，相对等面积法合理得多，但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。
这种方法优点是：克服等面积法的缺点，在转角处采用圆滑过渡，减少结构形状的突变，减小应力集中程度。
将补强面积集中在应力最高点，充分利
用补强面积，使补强更经济、合理。
对比分析
3.1.等面积法
等面积法顾名思义：壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积，须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“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t ，即A[σ]t
，应由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同时，则补强面积就等于削弱的面积，故称等面积法。
由于该方法仅从计算截面的一次平均应力概念出发，只考虑壳体计算截面的承载能力与内压的平衡，因此是属于满足静力强度的简单方法。
它对开孔结构安定性的保障是通过双向受拉伸的无限大平板开孔问题所导出的孔边应力集中系数≤3的模型近似加以考虑的，不过，此法由于长时间的使用，一般压力容器使用条件也能满足安定性要求，因此在工程设计中有
着广泛的应用。
3.2.分析法
该方法是基于较复杂的壳体极限分析方法，即根据塑性失效的观点，假定部件由弹性—理想塑性材料构成，认为结构在相当多的部分发生屈服前不产生变形，且不考虑残余应力对结构的影响。
当加载时，最初材料呈弹性变形，随着载荷的继续增加，将在某处产生屈服。
当载荷进一步增加时，屈服层便扩展以至增加到足以引起恒定载荷作用下产生流动，这时的载荷便称作极限载荷，其分析方法也称作极限分析法。
由于该方法仅从开孔结构的极限载荷出发，也是一种考虑静力强度的计算方法。
采用此方法计算时，其开孔附近应力集中区的最大应力将允许有较高的许用值，结果将使开孔附近的最大应力作用沿着整个壁厚方向发生屈服，但是，由于它是局部的，因而不会导致容器失效。
从以上数据可以看出，分析法无论从受力、还是补强厚度上都比等面积补强法优越得多，但分析法无
论从选材还是制造上要求都很严格，必须将接管根部与壳体连接处做成一整体结构，适合于高压容器的开孔补强，而等面积补强法更适合中低压容器的开孔补强。
适用范围
4.1.等面积法
适用于压力作用下壳体和平封头上的圆形、椭圆形或长圆形开孔。
当在克体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长径与短径之比应不大于2.0。
4.1.1.对于圆筒
当筒体内径Di≤1500mm时，开孔最大直径 dop≤Di
，且dop≤520mm；
当筒体内径Di＞1500mm时，开孔最大直径 dop ≤ Di
，且dop≤1000mm。
4.1.2.凸形封头或球壳的开孔最大直径dop≤Di。
4.1.3.锥形封头开孔的最大直径dop≤ Di
，Di为开孔中心处的锥体内直径。
注：开孔最大直径dop对椭圆形或长圆孔开孔指长轴尺寸。
4.2.分析法
本方法是根据弹性薄壳理论得到的应力分析法，用于内压作用下具有径向接管圆筒的开孔补强设计，其适用范围如下：
4.2.1.d ≤0.9 D ，且max[0.5,d/D] ≤σet/σe≤1.5。
设计举例
在牙哈项目中设计的12.6-1200×6000高压计量分离器，它的设计条件是：设计压力为12.6MPa，设计温度为50℃，筒体直径为DN1200mm，开孔从DN25～DN400不等。
下面以一个DN450开口接管为例说明密集补强法的优越性：首先按照内压容器计算公式，如果开DN450的孔，采用等面积法，由于开口补强，筒
体厚度应为64mm，如果按照分析法计算，同样接管厚度为48mm不变的情况下，筒体厚度为58mm，减薄了6mm。
通过以上分析比较，容器除了受内压外，在接管上还有各种外载及温度的作用，因此，开孔以后不但削弱了器壁强度，并在开孔周围产生了局部峰值应力，其数值很大，通常达到正常应力的5-6倍，因此容器破坏除了因材质、制造等原因引起以外，开孔附近应力集中也是容器破坏的一个相当重要的原因。
压力容器往往是石油、化工生产中的主要设备，制造要求较高，金属消耗量大，因此设计时要根据使用条件、制造、安装等全面考虑。
针对某一点的应力状态具体分析，使筒体的开孔补强计算更经济、合理、减少投资，因此正确计算开孔附近局部应力大小并选择恰当的的补强计算方法是非常重要的。
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