对椭圆形开孔补强设计中几个问题的分析
标准椭圆封头上大开孔应力分析
标准椭圆封头上大开孔应力分析摘要：本文通过DN1300标准椭圆封头中心开DN800接管孔的应力分析阐述极限载荷分析、弹性安定性及局部失效评定过程。
关键词：大开孔接管；极限载荷分析；局部失效；安定性；依据GB/T150.3-2011《压力容器第3部分:设计》标准第6节开孔与开孔补强的规定凸形封头开孔补强仅能使用等面积法，但最大开孔直径小于等于封头内径的二分之一。
若凸形封头上接管开孔直径大于GB/T150.3标准要求时，我们常用过程设备设计计算软件SW6进行估算，其采用的是HG/T20582-2020第4章介绍的开孔补强的压力面积法，但在我国国内多数业主及工程设计院认为此方法不是合法的开孔补强计算方法，仅可以为下一步有限元应力分析提供基础数据做准备。
在机械载荷作用下，封头上大接管开孔附近的弯曲应力既包含有静力平衡引的一次应力成分，又含有因结构不连续产生的二次应力成分。
有限元软件Ansys workbench仅能在弹性应力分析线性化处理后给出薄膜加弯曲应力的总量，不能进一步细分这两种应力。
目前压力容器设计行业中对此存在争论，如对封头大开孔处的局部弯曲应力和薄膜应力的总量，按一次应力采用1.5倍的许用应力强度控制，还是按含二次应力采用3倍的许用应力强度控制呢？【1】。
ASME Ⅷ-2标准5.2.3介绍的极限载荷法分析法就能很好的解决此问题，国内JB 4732-1995(2005年确认版)《钢制压力容器-分析设计标准》第5.4.2.1条也有此分析方法。
本文的例子：仅内压载荷作用下封头大开孔接管，按照ASME Ⅷ -2标准中载荷与抗力系数（LRFD）设计方法，标准表5.4规定进行极限载荷分析，按弹性应力分析方法进行局部失效、开孔处结构安定性分析。
一、设计参数以DN1300标准椭圆封头中心开DN800接管孔为计算对象，具体设计参数见表1，结构尺寸图见图1。
表1图1 结构尺寸图根据ASME Ⅷ -2标准5.2.3条极限载荷分析法材料模型是弹性-全塑性材料，应变硬化无。
开孔补强的设计原则
开孔补强的设计原则
开孔补强的设计原则主要包括以下几点：
1.确定开孔位置和大小：开孔应尽量位于结构受力较小的
区域，并且开孔的大小应越小越好，以减少对整体结构的强度影响。
2.保证补强圈的刚度：补强圈的刚度应大于开孔周围材料
的刚度，以降低应力集中程度。
3.增加加强筋：对于大孔径的开孔，应在孔边增加加强筋，
以提高开孔附近材料的承载能力。
4.优化焊接工艺：焊接工艺的选择应保证焊接质量和补强
效果，同时避免产生焊接变形和残余应力。
5.考虑整体结构：开孔补强设计应综合考虑整体结构的强
度、刚度和稳定性要求，以确保结构的安全性和可靠性。
开孔补强方式的对比及设计中的问题
开孔补强方式的对比及设计中的问题夏宜岑【摘要】结合生产实际,对不同开孔补强方式进行对比,以及设计中开孔补强容易忽视的问题.【期刊名称】《化工管理》【年(卷),期】2017(000)023【总页数】1页(P97)【关键词】开孔补强;补强圈;厚壁管补强;整体锻件补强【作者】夏宜岑【作者单位】沈阳派司钛设备有限公司,辽宁沈阳 110168【正文语种】中文由于工艺和结构的要求，让设备可以正常的使用、测试和检修，石油化工行业中，在设备或压力容器上开孔并安装接管是避免不了的，例如：人手孔，进出料空，液位计口，测温孔等。
但开孔后，开孔处给容器带来的安全隐患也是不可忽视的。
开孔处成为设备主要破环源。
主要影响有以下几点：（1）开孔破环了原有的应力分布并引起应力集中（2）承载截面缩小，从而削弱容器壁的强度（3）形成容器结构的不连续性，产生很高的局部应力因此，采取适当的补强方式，并充分考虑开孔补强问题是必须的也是必要的。
这是保证压力容器安全的重要因素。
开孔补强分为局部补强结构和整体补强两大类。
但由于开孔应力集中的明显局部性，在不大的范围外就可以回复到正常的应力值，故除了制造或结构的需要外，一般我们不采取提高整个容器壁的厚度来进行开孔补强。
由于考虑到制造经济性及安全性，在压力容器设计中通常采用局部补强方式，大体分为补强圈补强、厚壁管补强和整体锻件补强三种方式。
下面我们就这三种方式使用工况及使用时存在的问题进行讨论。
补强圈的作用弥补开孔对设备壳体性能的削弱。
补强圈补强，由于制造便捷，结构简单，广泛使用在中低压容器中。
在制造厂中也是最愿意选取的一种方式，因此使用经验也是最为丰富的。
但使用补强圈的限制条件较多，工况较复杂的情况不适用，根据HG/T20583的规定，以下情况均不推荐采用补强圈的形式进行开孔补强：①高强度钢和铬钼钢制造的容器。
②设计压力大于或等于4Mpa的第三类容器。
③容器壳体壁厚大于或等于38mm。
④容器内介质毒性为极度、高度危害的介质。
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题【摘要】开孔补强是压力容器设计中必不可少的一部分，在压力容器结构设计前需要使用SW6-2011过程设备强度计算软件进行强度计算。
为保证计算的准确性，必须透彻理解SW6-2011软件计算的理论基础，但在实际工作中，一些设计者常常会忽视标准规范中的某些说明或者对计算理论的理解不够透彻而导致取值错误，直接影响了设备的安全可靠性。
本文列举了几个在日常工作中经常遇到的在使用SW6-2011计算压力容器开孔补强时需要注意的问题及通常的处理办法，提醒设计者在设计工作中引起足够重视。
【关键词】开孔补强；压力容器；SW6-20110 引言为满足工艺或结构需要，在压力容器设计中开孔是必不可少的。
容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中，再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力，以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用，使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。
虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定，但在使用SW6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握，灵活运用软件，必要时对有关数据进行调整，才能得到正确的结论，保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围1.1 计算时应注意的问题在使用SW6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足GB150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求，满足要求的可以不进行计算，没有进行判断直接输入数据的，生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求，不予进行计算。
还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格，然而该孔的有效补强区B=2d范围内还有其他开孔，形成孔桥的，则应按孔桥处理。
在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算，按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确的。
1.2 补强计算方法及适用范围的理解SW6-2011补强计算方法给出四种：等面积补强法、另一补强方法、分析方法和压力面积法。
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的比较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。
压力容器开孔补强一般有两种计算方法：一是等面积法，二是分析方法。
本文对这两种方法作以比较和分析。
<b> 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，导致局部应力增加，容器承载能力减弱；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。
开口加固的基本原理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，并以加固壳体的一次总平均应力作为加固原则。
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，而和还产生很高的弯曲应力。
等面积法开口加固结构形成的应力集中在某一区域，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.分析方法这种加固方法基于壳体的极限分析，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。
比较分析3.1.等面积法等面积法顾名思义：壳体截面的承载强度因开口而减弱的区域，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]<font size="2">t，即A[σ]<font size="2">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。
压力容器设计单位资格考核参考题(附答案)
压力容器设计单位资格考核参考题(附答案)《压力容器设计单位资格考核参考题》一、填空题：1. 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器为二类压力容器。
2. 有一只压力容器，其最高工作压力为真空度670mmHg，设计压力为0.15Mpa，其容器类别为类外。
3. 压力容器检验孔的最少数量：300mm＜Di≤500mm 2 手孔;500mm＜Di≤1000mm 1 人孔或 2 手孔;Di>1000mm 1 人孔或 2 手孔。
4. 符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：1) 筒体内径小于等于 300 mm的压力容器。
2) 压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，它的尺寸≥所规定的检查孔尺寸。
3) 无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。
4) 制冷装置用压力容器。
5) 换热器。
5. 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的中压储存容器其PV乘积≥ 10MPa·m3为三类压力容器。
6. 第二类压力容器中易燃介质的反应压力容器和储存压力容器的对接接头必须进行 100%射线或超声检测。
7. 用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板，凡符合下列条件之一，应逐张进行超声检测：1) 盛装毒性程度为极度、高度危害介质的压力容器。
2) 最高工作压力大于等于 10 MPa的压力容器。
3) 盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于 100 mg/L的容器。
8. 压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造均应严格执行《容规》的规定。
9. 常温下盛装混合液化石油气的压力容器(储存容器或移动式压力容器罐体)应进行炉内整体热处理。
10.《容规》适用于同时具备下列条件的压力容器：1)最高工作压力大于等于0.1Mpa(不含液体静压力)；2)内直径(非圆型截面指断面最大尺寸)大于等于 150mm ，且容积(V)大于等于 0.025m3；3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
关于椭圆形封头开孔补强问题的初步分析
关于椭圆形封头开孔补强问题的初步分析海安县锅炉压力容器检验所谢山俊众所周知，在锅炉、压力容器、压力管道制造和安装过程中，焊接质量专门重要。
焊接部位最容易产生焊裂、未熔合、未焊透、咬边、夹杂物和晶界开裂等缺陷，这些缺陷又可能是裂纹源。
因此，正确地做好焊接缺陷等级评定工作不仅能保证产品质量，而且能保证产品的安全经济运行。
但目前焊接缺陷等级评定情形却不尽人意，存在着如此那样的问题。
观念的陈旧，规范的严格，安全与经济的矛盾，不利于无损检测工作的进一步开展。
下面就焊接缺陷等级评定的几个问题进行讨论：一、缺陷等级评定中存在的问题1、规范标准不统一焊接检测标准尚未国际化，差不多上由国家、地区或部门制定，不同的标准在缺陷定量及评定方法上都有差别，如焊缝超声波探伤，有的标准采纳长横孔进行灵敏度调剂，有的标准则采纳短横孔或柱孔进行灵敏度调剂，不同的反射体反射当量均各有差异。
在定量上，不同标准对同一级别规定的承诺缺陷数量亦不相同。
造成这种现象，一方面是因为标准的制定没有建立在一个统一的试验和理论分析基础上，另一方面则是因为检测技术上认识不统一造成的检测方法不统一。
焊接检测标准的不统一，不便于国际间的交流及产品质量的相互认可。
2、标准的人为因素焊接中产生的缺陷对材料的性能会发生专门大阻碍，其阻碍程度随着缺陷的性质、大小、位置、厚度的不同而不同。
有人作了研究，用相同材料制成大小不同的具有相似外形轮廓的一对焊缝试样，每一试样含有成比例尺寸的裂纹，进行断裂韧性运算，结果大尺寸试样产生破坏的应力低于小尺寸试样产生破坏所需要的应力。
但现行标准对缺陷等级评定并不能实际地反映这些特点，却带着明显的人为因素。
如射线探伤对点状缺陷等级评定，规定不同级别承诺缺陷点数随工件壁厚成几何级数变化，明显这不是缺陷大小对产品危害程度的表达，而是工作中经历方便的数学规律，是人为加上去的。
3、缺陷等级评定只注重大小、长度，不注重自身高度和深度现行缺陷评定标准只记录缺陷平面大小、长度，不注重自身高度和深度，缺陷的返修也只依据大小和长度。
开孔补强的常规设计与分析设计之比较
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化肥 设计
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开孔 补强 的常规设计 与分析 设计之 比较
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郭晓霞 魏 冬雪 ，
（． １ 北京化工大学机电工程学院 ， 北京 摘 １０ ２ ； ． ０ ０９ ２ 太原科技大学化学 与生物工程学院 ， 山西 太原 ０ ０２ ） ３０ １
ｉ ｉｃｖ ｒｄ ｂ ｅｅ ｒｈｔａ ｓｎ ｈ ｎ ｌｓｓｄ ｓ ｎｍｅ ｏ ｆ Ｂ４ ３ ａｌｍｏｅｂ ｎ ｈ ｏｅ ｔａ ｎ ｒｙｏ ｔｒａ ｎｏｐａ ｅ ｎ ａ ｅ ｕ ｅｔｅ ｓｄｓｏ ｅｅ ｙｒｓａｃ ｈ ｔｕｉｇｔｅａ ａｙｉ ｅｉ ｔ ｄ ｏ ７ ２ ｃｌ ｇ ｈ Ｊ ｒ ｒ ｇｔｅｐ ｔｎｉｌｅ ｅｇ ｆｍａｅｉｌｉｔ ｌｃ ，ａ ｄＣ ｒｄ ｃ ｈ ｉ ｎ
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压力容器设计专业题库
2013年陕西化建压力容器设计专业题库一、填空题1、《固容规》规定压力容器的安全附件包括、、、、、、。
2、《固容规》规定压力容器的，，，、，，，，，以上的设备主螺栓，公称直径≥的接管和管法兰等均作为主要受压元件。
3、《固容规》规定厚度大于或等于的碳素钢和低合金钢钢板用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一，应逐张进行超声检测：1）盛装介质毒性程度为、的；2）在中使用的；3）设计压力大于或者等于 MPa的压力容器。
4）本标准引用标准中要求逐张进行超声检测的。
4、按照GB150-2011的规定耐压试验包括：、和。
5、GB150-2011适用的设计压力为钢制容器不大于 MPa，GB150-2011适用的设计温度范围为℃～℃。
6、GB150-2011规定壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度，碳素钢、低合金钢制容器不小于，高合金钢制容器不小于7、焊接接头系数φ应根据及确定。
8、按照GB150-2011的规定泄漏试验包括、、和等。
介质毒性程度为危害或者的容器，应在耐压试验合格后进行泄漏试验。
9、按照GB150-2011的规定，下列碳素钢和低合金钢钢板，应在正火状态下使用。
1）用于的Q245R和Q345R2）用于壳体的厚度大于的Q245R和Q345R3）用于其他受压元件（法兰、管板、平盖等）的厚度大于的Q245R和Q345R10、按照GB150-2011的规定，奥氏体不锈钢板许用应力值有两项，一项高值，一项低值，高值适用于，低值适用于。
11、按照GB150-2011的规定采用补强圈补强的设计应遵循的规定：1）钢材的标准常温抗拉强度值；2）补强圈厚度应小于或等于；3）壳体名义厚度。
12、GB150-2011中内压圆筒计算公式δ=Pc Di/(2[σ]tφ-p c)的理论依据是，公式的适用范围计算压力Pc≤ Mpa。
13、JB4710-2005《钢制塔式容器》标准适用于设计压力不大于，高度大于米，且高度与直径之比大于的钢制塔式容器。
按ASME规范VIII_1进行等面积开孔补强设计应注意的几个问题
Ａσ１ ＋ Ａσ２， Ａσ０ 、Ａσ１ 、Ａσ２分 别为壳体、接管、补强件在有效 补强范围内可提供的补强面积； Ｋ— ——材 料 的 屈 服 点 ； Ｓ— ——安 全 系数； Ｓ≥１．５；
可知： 系数Ｆ与通过开孔中心的截
面与壳体轴线的夹角θ的关系为
Ｆ＝０．５（ｃｏｓ２θ＋ １）（ ２）ＡＳＭ规 范 第Ⅷ卷 第 １ 册 ＵＧ－
３７给出了Ｆ与θ的曲线图 （ 图ＵＧ－ ３７
ＵＧ－ ３７中所需的确定Ｆ值的线算图）
当截面通过开孔中心并与壳
体轴线平行时） 下图中的ａ－ ａ截
面） ， Ｆ＝１．０ （ θ＝０） 。
６ 关于在焊缝上是否允许 开孔及开孔后的补强计算 方法
６．１ ＧＢ１５０－ １９９８在开孔补强中没 有明确规定在焊缝上是否允许开 孔， 但是在第十章制造、检验与 验收中规定以开孔中心为圆心， １．５倍开孔直径 为半径的圆 周内所 包容的焊接接头需进行１００％无 损 检测。在补强计算时未考虑开孔 必须通过焊缝时焊缝系数所起的 作用。即无论此条焊缝的系数是 １．０ 还 是 小 于 １ （ 如 ０．８５） 通 过
２００６．５ １９
技术产品版 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
边， （ ｃ） 反向曲线， （ ｄ） 大小 端均有折边的变径段代替。
２ 对不需另行补强的最大 开孔的限制
ＡＳＭＥ规 范 第Ⅷ卷 第１册ＵＧ－ ３６允 许 不 另 行 补 强 最 大 开 孔 直 径 为： （ ａ） 在厚度为３／８ｉｎ． （１０ｍｍ） 或更小的容器壳体或封头上， 开 孔 直 径 不 得 大 于３ １／２ｉｎ． （９０ｍｍ）； （ ｂ） 在厚度为３／８ｉｎ． （１０ｍｍ） 以上 的容器壳体或封头上， 开孔直径 不 得 大 于 ２ ３／８ ｉｎ． （６０ｍｍ）。 这 是 因为容器的厚度的增加导致沿容 器壁厚方向的应力梯度增大， 使 局部出现的应力集中系数更加增
圆筒体上非径向接管的开孔补强计算
圆筒体上非径向接管的开孔补强计算薛爱芳;雷威跃;王笑真【摘要】就圆形筒体上非径向接管产生椭圆形孔的补强计算方法进行分析比较,归纳出简单合理的解决方法.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2014(041)005【总页数】3页(P615-617)【关键词】简体;接管;开孔;等面积补强【作者】薛爱芳;雷威跃;王笑真【作者单位】三门峡化工机械有限公司;三门峡化工机械有限公司;洛阳绿景环保科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2化工设备设计时，为满足介质的进出或安装检修的要求，需要在壳体上开孔，这将造成器壁强度削弱，产生应力集中，几乎在每台设备的计算中都会出现开孔补强计算。
圆筒体上接管的方向有3种：径向、斜向、切向，斜向和切向接管会在筒体上产生非圆形开孔。
在各种补强法中最常见、使用频率最高的是等面积法。
等面积补强法以补偿开孔局部的拉伸强度为补强准则[1]，其理论依据是无限大平板上开小圆孔的孔边应力分析作为依据，未涉及开孔边缘的应力集中问题，仅就开孔截面的边缘应力进行考虑，开孔区局部高应力的安定问题是通过限制开孔形状、长短径之比和开孔率间接加以考虑的，使孔边的局部应力得到一定的控制[2]，所以，当在壳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[3]。
1 工程实例某设备公称直径1 800mm，壳体厚度10mm，筒体上设置距设备中心670mm 的切向接管，规格φ480mm×10mm，材料为Q345R，加φ1 200mm×14mm 的补强圈。
该设备在2008年曾经设计并经强度计算合格， 2009年实施《固定式压力容器安全技术监察规程容规》[4]，2011年发布GB 150.1～GB 150.4-2011[3]，在2012年重新复用设计时发现开孔补强计算结果与原结果不同。
设备设计参数如下：设计压力 1.6MPa设计温度100℃主要受压元件材料 Q345R腐蚀裕量 0mm接头系数 12 计算过程同一设备设计了两次，分别按GB 150的新、旧版本为计算依据。
自紧式椭圆形人(手)孔开孔补强计算
一
．
侧
ｆ ｆ Ｉ － Ａ
一
１
Ｉ
Ｉ Ｉ
过 开孔 中心 且过 壳 体 轴 线 的纵 截 面 为 基 础 ， 故 应
使 短轴 两端 的周 向应 力不小 于 长轴两 端 的周 向应
力， 即 （ １ ＋４ ｂ ／ ａ ） ≥ （ ２ ａ ／ ｂ一１ ） ， 由此 可得 ａ ／ ｂ
由于在容器上开有椭圆形孔时其最大应力不仅和椭圆孔的布置方位有关而且和椭圆孔的长短径之比有关当筒体环向开椭圆孔时其短轴孔边的最大周向应力1因等面积补强设计是以通过开孔中心且过壳体轴线的纵截面为基础故应使短轴两端的周向应力不小于长轴两端的周向应2即当采用等面积补强方法时容器上椭圆孔的长短之比应不大于因此开孔补强应该对周向进行补强计算
ｍ ｍ ：
般来 讲 ， 等面积 法 计算 简单 一些 ， 适用 于压 力不
—
—
强 度 削弱 系数 ， 等 于 设 计 温 度 下 接 管 材 料 与 筒
体材料许用应 力之 比 ， 当 该 比值 大 于 １ ． ０时 ，
取 ＝１ ． ０ ；
太高、 开孔 直径 相对 于壳 体 直 径 不 太 大 和 允许 采 用 补强 圈结 构补 强 的场合 ； 分 析法计 算 复杂一 些 ， 适 用 的范 围更 广 ， 可用 于压 力 高 、 开 孔直 径相 对 于 壳 体直径 较 大 ， 但 该 方 法 要 求 补 强 结 构 型式 为 整 体 补强 结构 ， 不允 许 采用补 强 圈结 构补 强 。因此 ，
Ｇ Ｂ １ ５ ０ ． １— ４ ． ２ ０ １ １ 《 压力 容 器 》 规 定 的开 孔 补 强计算 方 法包括 等 面积法 和 分析 法 。两种 开孔 补 强 计算 方法 的适 用 范 围在 标 准 中有 明 确 的规 定 。
浅析压力容器常规设计规范中的开孔补强设计
浅析压力容器常规设计规范中的开孔补强设计压力容器的开孔补强设计是压力容器设计的重要环节。
目前,国内压力容器按常规规范设计开孔补强时的常用标准主要有GB150—1998《钢制压力容器》（以下简称GB150)、HG2058-1998《钢制化工容器强度计算规定》(以下简称HG20582)及ASME 锅炉及压力容器规范第Ⅷ卷第一册《压力容器建造规则》(以下简称ASME）. GB150是强制性国家标准,是设计的最低要求,超出GB150开孔范围时，可以采用HG20582计算并遵循HG20583—1998《钢制化工容器结构设计规定》(以下简称HG20583）规定结构进行设计。
压力容器开孔补强设计的方法有很多，如等面积法、压力面积法、安定性分析法、极限分析法、PVRC法、增量塑性理论方法及实验屈服法等等.鉴于软硬件条件的限制和从设计成本考虑,国内一般采用等面积法和压力面积法进行开孔补强设计，上面提及的设计规范就是采用这两种方法设计开孔补强的.1。
各规范开孔补强方法的理论基础GB150和ASME规范均采用等面积法进行开孔补强设计,而HG20582中的补强计算采用的是压力面积补强法。
压力面积法与等面积法的实质是一致的,都是从确保容器受载截面的一次平均应力(平均强度）在一倍许用应力水平的计算方法，都未计及开孔边缘的局部应力和峰值应力对开孔的作用，只是两种方法对壳体有效补强范围的确定上有所不同；在补强金属面积的配置上，压力面积法比等面积法更具有密集补强的特点,对缓和接管根部应力集中的作用较大。
2各规范开孔补强方法的适用范围比较GB150和ASME规范均适用于壳体上开圆形、椭圆形(或类似形状）或长圆形孔.GB150规定孔的短径与长径之比应不大于0。
5;而ASME规定当短径与长径之比小于0. 5时,应增强短径方向的补强。
各规范对开孔直径的相对大小均有限制：GB150适用于d /D t ≤0.5；HG20582适用于d /Dt ≤0.8；而ASME适用于d /D t ≤0。
压力容器设计审批人员考核模拟试题(13)-答案
压力容器设计审批人员考核模拟试题（13）（综合部分3）一、填空题1、按《固定容规》划分下列压力容器压力等级范围，_B_是低压容器；卫—是中压容器；C是高压容器；A_是超高压容器。
A、P》lOO.OMPaB、0.1MPaW Pv 1.6MPaC、10.0MPaW Pv lOO.OMPaD、1.6MPaW Pv lO.OMPa E. -O.IMPa < Pv 1.6MPa2、确定压力容器是否适用于《固定容规》管辖范围的压力条件指的是上_。
A、设计压力 B 、最高工作压力C、最大允许工作压力E、工作压力3、在下列厚度中，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是A_。
A、设计厚度 B 、计算厚度 C 、名义厚度D —计算厚度+C24、《固定容规》要求用于焊接的碳素钢和低合金钢中的C含量A_ ; S含量D_ ; P含量旦。
A、w 0.25%B、w 0.20%C、w 0.030%D、w 0.035%E、w 0.020%5、GB151-1999中要求，除材料之外，拼接后管板应作消除应力热处理。
A、碳钢B、低合金钢不锈钢6、压力试验时的试验温度是指压力试验时_A_。
A、试验介质温度 B 、容器壳体的金属温度 C 、环境温度7、《固定容规》规定，用于焊接压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢P、S含量基本要求不应大于 D 。
A 0.025%、0.030%B 、0.030%、0.025%C 、0.030%、0.025%D 0.030%、0.020%8、超低碳不锈钢的含碳量不大于_C_。
A 0.08%B 、0.04% C、0.03%9、盛装液化气体的容器设计储存量不得超过计算式W=）Vp t ,式中$为装量系数，一般取 $为_B_。
A、0.8 B 、0.9 C 、0.9510、壳体的最大允许工作压力是按壳体的C _计算而得。
A、设计厚度 B 、计算厚度C、有效厚度11、用于壳体厚度大于D__的Q245R和Q345R板材应在正火状态下使用。
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
使用SW6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题作者：司文华来源：《山东工业技术》2013年第10期【摘要】开孔补强是压力容器设计中必不可少的一部分，在压力容器结构设计前需要使用SW6-2011过程设备强度计算软件进行强度计算。
为保证计算的准确性，必须透彻理解SW6-2011软件计算的理论基础，但在实际工作中，一些设计者常常会忽视标准规范中的某些说明或者对计算理论的理解不够透彻而导致取值错误，直接影响了设备的安全可靠性。
本文列举了几个在日常工作中经常遇到的在使用SW6-2011计算压力容器开孔补强时需要注意的问题及通常的处理办法，提醒设计者在设计工作中引起足够重视。
【关键词】开孔补强；压力容器；SW6-20110 引言为满足工艺或结构需要，在压力容器设计中开孔是必不可少的。
容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中，再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力，以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用，使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。
虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定，但在使用SW6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握，灵活运用软件，必要时对有关数据进行调整，才能得到正确的结论，保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围1.1 计算时应注意的问题在使用SW6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足GB150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求，满足要求的可以不进行计算，没有进行判断直接输入数据的，生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求，不予进行计算。
还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格，然而该孔的有效补强区B=2d范围内还有其他开孔，形成孔桥的，则应按孔桥处理。
在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算，按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确的。
压力容器设计技审批人员模拟考试卷新编新编完整版
压力容器设计技审批人员模拟考试卷新编新编 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】压力容器设计人员考试卷姓名分数一、选择题（×28=14）1、按TSG21-2016划分下列压力容器压力等级范围，（）是低压容器；（）是中压容器；（）是高压容器；（）是超高压容器。
A、P≥B、≤P＜C、≤P＜D、≤P＜E、≤P＜2、确定压力容器是否适用于TSG21-2016管辖范围的压力条件指的是（）。
A、设计压力B、最高工作压力C、最大允许工作压力D、工作压力3、在下列厚度中，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是（）。
A、设计厚度B、计算厚度C、名义厚度D、计算厚度+C24、《容规》要求用于焊接的碳素钢和低合金钢中的C含量( )；S含量（）；P含量（）。
A、≤%B、≤%C、≤%D、≤%E、≤%5、GB151-1999中要求，除（）材料之外，拼接后管板应作消除应力热处理。
A、碳钢B、低合金钢C、不锈钢6、压力试验时的试验温度是指压力试验时（）。
A、试验介质温度B、容器壳体的金属温度C、环境温度7、《容规》规定用于焊接压力容器专用钢中低合金钢P，S含量基本要求不应大于（）。
A、%、%B、%、%C、%、%D、%、%8、超低碳不锈钢的含碳量不大于（）。
A、%B、%C、%9、TSG21-2016要求储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于（）。
A、 B、0.9 C、10、壳体的最大允许工作压力是按壳体的（）计算而得。
A、设计厚度B、计算厚度C、有效厚度11、用于壳体厚度大于（）的Q245R和Q345R板材应在正火状态下使用。
A、20B、30C、40D、3612、GB150规定，采用补强圈补强的适用范围是（）。
A、壳体名义厚度小于等于38mmB、补强圈厚度小于等于壳体名义厚度C、设计压力大于10MPa( )、13、TSG21-2016中确定低合金钢压力容器材料许用压力的最小安全系数nbn( )。
标准椭圆封头常用成形方法壁厚变化分析及开孔补强经济设计探讨
标准椭圆封头常用成形方法壁厚变化分析及开孔补强经济设计探讨■王中武摘要：通过对冲压成形封头和旋压成形封头在成形过程中各部分坯料金属受力情况的简要分析，得出了不同成形方法所制作的封头各部分的壁厚变化量是截然不同的的结论。
并以实例的方式介绍了在压力容器封头上开孔时选用不同成形方法的封头对开孔补强计算结果是不同的，提出了从经济设计角度考虑应选用什么样的封头成形方法更合理，探讨了在制定封头标准时增加不同成形方法所制作的各种规格封头各部位实际要求最薄值，以方便设计人员选用的可行性。
关键词：封头；壁厚变化；开孔补强；经济设计压力容器被广泛地应用于国民经济各个领域，是石油、化工和核能工业的重要生产装置之一。
压力容器的结构形式一般包含筒体加封头、支座、接管等。
压力容器的正确、合理设计是其安全运行的重要保证。
目前，我国压力容器设计多采用规则设计法或分析设计法，即设计人员根据用户提供的基础资料及所需达到的功能要求，按国家现行标准规定进行设计。
对压力容器设计的基本要求包括：一是满足使用要求，即要求设备必须能够满足生产条件下处理物料的功能要求，如输送、传热、传质、分离、贮存等工艺要求。
二是安全可靠性，即必须确保设备的强度、刚度、稳定性、密封性和耐蚀性。
三是合理的经济性，即压力容器的设计既要安全可靠，又要经济合理。
经济性设计主要是在保证使用寿命前提下合理选材，合理减少材料用量，在保证工艺过程要求的前提下结构要简单，并方便制造、检验、维修，最终使设备总成本尽可能降低。
作者在长期的压力容器设计工作中发现，封头上开孔补强的设计计算，在取有效补强范围内实际厚度值时，由于资料缺乏，很难取到真实的实际厚度值。
设计人员只能按GB/T25198—2010《压力容器封头》中所提供的参考减薄率，确定封头成形后的实际最薄值进行计算，并以此规定封头的成形最小厚度，这虽能满足安全可靠性要求，却并不一定能很好满足“经济性”要求。
因此，通过统计实测封头壁厚值，并从分析压力容器中最常用标准椭圆封头成形后壁厚的变化规律出发，探讨设计计算中如何更经济合理地选用封头上开孔的有效补强范围内实际厚度作为开孔补强计算的依据。
开孔补强-专业文档!
目录1前言及概念错误!未定义书签。
开孔补强的适应范围和方法 ..................................... 错误!未定义书签。
满足开孔条件时，可采用的三种补强方法........... 错误!未定义书签。
开孔补强的目的............................................................ 错误!未定义书签。
补强结构(补强元件类型) ............................................ 错误!未定义书签。
加强管补强.................................................................. 错误!未定义书签。
整体锻件补强............................................................. 错误!未定义书签。
加强圈的补强............................................................. 错误!未定义书签。
壳体开孔的有关规定................................................... 错误!未定义书签。
允许不补强时开的最大孔直径.............................. 错误!未定义书签。
壳体上允许开的最大孔直径d max .......................... 错误!未定义书签。
等面积补强计算方法................................................... 错误!未定义书签。
各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类) .错误!未定义书签。
等面积补强的原则.................................................... 错误!未定义书签。
压力容器设计审批人员考核模拟试题(13)-答案
压力容器设计审批人员考核模拟试题（13）（综合部分3）一、填空题1、按《固定容规》划分下列压力容器压力等级范围， B 是低压容器； D 是中压容器； C 是高压容器； A 是超高压容器。
A、P≥100.0MPaB、0.1MPa≤P＜1.6MPaC、10.0MPa≤P＜100.0MPaD、1.6MPa≤P＜10.0MPa E. -0.1MPa≤P＜1.6MPa2、确定压力容器是否适用于《固定容规》管辖范围的压力条件指的是 E 。
A、设计压力B、最高工作压力C、最大允许工作压力 E、工作压力3、在下列厚度中，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是 A 。
A、设计厚度B、计算厚度C、名义厚度D、计算厚度+C24、《固定容规》要求用于焊接的碳素钢和低合金钢中的C含量 A ；S含量 D ；P含量 D 。
A、≤0.25%B、≤0.20%C、≤0.030%D、≤0.035%E、≤0.020%5、GB151—1999中要求，除 C 材料之外，拼接后管板应作消除应力热处理。
A、碳钢B、低合金钢C、不锈钢6、压力试验时的试验温度是指压力试验时 A 。
A、试验介质温度B、容器壳体的金属温度C、环境温度7、《固定容规》规定，用于焊接压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢P、S含量基本要求不应大于 D 。
A、0.025%、 0.030%B、0.030% 、0.025%C、0.030% 、0.025%D、0.030% 、0.020%8、超低碳不锈钢的含碳量不大于 C 。
A、0.08%B、0.04%C、0.03%9、盛装液化气体的容器设计储存量不得超过计算式W=φVρt，式中φ为装量系数，一般取φ为 B 。
A、0.8B、0.9C、0.9510、壳体的最大允许工作压力是按壳体的 C 计算而得。
A、设计厚度B、计算厚度C、有效厚度11、用于壳体厚度大于 D 的Q245R和Q345R板材应在正火状态下使用。
A、20B、30C、40D、3612、GB150规定，采用补强圈补强的适用范围是 A 。
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对椭圆形开孔补强设计中几个问题的分析
李喜太 Ξ 梅 瑛 3 3
摘 要 文章对椭圆形开孔的形状 、圆筒体周向斜接管和圆筒体轴向斜接管的开孔 三种情况分别进行了分析 。
关键词 等面积补强 周向斜接管 轴向斜接管
等面积补强就是使补强的面积等于或大于因开孔所削弱的
面积 ,这种面积是以通过开孔中心并过壳体轴线的纵截面内的 面积来衡量的 ,也就是补强金属在通过开孔中心且过壳体轴线 的纵截面内的面积必须大于或等于壳体由于开孔而在这个纵截
面上所削弱的面积 。
1. 关于对容器上椭圆形开孔长短径比值要求的分析 : 当容器上开有椭圆形孔时 ,其最大应力不仅和椭圆孔的布 置方位有关 ,而且和椭圆孔的长短径之比有关 。 当筒体环向开椭圆孔时 ,其短轴孔边的最大周向应力为
Ξ 作者单位 :太原化学工业集团公司电石厂 ,030024 太原 ; 3 3 山西纺织工业设计院 ,030002 太原 收稿日期 :1999 —6 —20
·47 ·
实用技术 SYJ S 山西科技 1999 年第 5 期
算时 ,由于它采用的是等面积补强法 ,所以建议在其筒体开孔范
高职工素质等 ;干群关系行为约束 ,即尊重职工民主权力 ,关心 群众生活 ,注意工作方法 ,办事认真公道等 。以增强职工的向心 力 ,提高企业的凝聚力 ,塑造良好的企业形象 ,创建优秀的企业 文化 。
Strengthening the Operation and Management is a Successf ul Way f or Enterprises
的两端为 σ: max = 2
a b
σ;
它们总
是
大于其壳体
上圆形
开孔的
应
力
,且随着
a b
比值的增大而增大
,极易发生不安定问题
。另外
,
由于等面积补强并未计及开孔边缘的应力集中问题 ,仅就开孔
截面的平均应力进行考虑 ,对开孔区局部高应力部位的安定问
题也未以校核
,所以为保证安全
a b
也不大于
2.
0。
综上分析 :当采用等面积补强方法时 ,容器上椭圆孔的长短
≤2
由上说明 :在圆形筒体上环向开椭圆孔时 ,孔的长短径之比
不大于 2. 0 ,才能保证孔端的最大周向应力与过开孔中心和壳
体轴线的纵截面相垂直 ,并以此截面为基础进行等面积补强设 计。
当筒体纵向开椭圆孔时 ,其最大周向应力在长轴的两端为 :
σmax =σ(1 + 4
a b
)
;当球壳开椭圆孔时
,最大周向应力也在长轴
我国 GB150 - 89《钢制压力容器》对单个或多个开孔的一般 补强 (如补圈补强 、整体补强) 采用等面积补强法 ,它适用于钢制 容器筒体 ,封头上的开孔 ,容器上的开孔应为圆形 、椭圆形或长 圆形 ,当容器上开椭圆形或长圆形孔时 ,孔的长径与短径之比不 大于 2. 0 ,对受内压单个开孔的密集补强采用极限分析法设计 。
之比应不大于 2. 0
2. 圆筒体周向斜接管开孔补强 :
当圆形截面接管在圆筒体周向斜接时 ,圆筒体上的开孔为
椭圆形 ,椭圆形孔的短径为接管内径 d ,方向与筒体轴线平行 ;
长径为接管内圆与筒体内圆相交最长的两点距离 ,方向与筒体
轴线垂直 ,当接管轴线与筒体半径夹角 < 增大时 ,其两点的距离
也增大 ,即椭圆孔的长轴增大 。当 < = 90°时 ,其为切向接管 。
围限制条件中加一个限制条件
:切向接管时
,d
≥Di 4
。即筒体周
向斜接管允许开孔的范围变为 : (注意 :d 指椭圆孔的短轴)
当其内 径
Di
≤1500mm , 开 孔 最 大 直 径
d
≤1 2
Di
,且
d
≤
500mm
,切向接管时还应使
d
≥Di 4
。
当其内 径
Di
>
1500mm ,开孔最大直径
d
≤1 3
Di
·48 ·
于 2. 0 ,且应根据椭圆孔的位置情况选用不同的补强计算公式 ,
以保证容器的安全运行 。
Analysing on Some Problems in the Design of Reinf orcement f or Oval Opening
Li Xita i Mei Ying
ABSTRACT This paper makes t he analyses on t hree cases which are oval opening , t he opening on cylinder’s circum2 ferential miter t ubes and t he opening on cylinder’s axial miter t ubes respectively. KEY WORDS equivalent reinforcement circumferential miter t ube axial miter t ube
当接管为切向接管时 ,筒体上椭圆孔长轴径的大小为 Did
(Di 筒体内径 ,d 接管内径) ,又因等面积补强要求椭圆孔长短轴
之比不大于 2. 0 ,即 :
Di d d
≤2
d
≥Di 4
上述分析说明 :圆筒体切向接管时 ,接管内直径 d 必须大于
等于四分之一筒体内直径 ,否则 ,圆筒体切向接管开孔长短轴之
a b
= co1θs (θ为接管
轴线与筒体表面法线夹角) ,因等面积补强要求椭圆孔长短轴之
比不大于 2. 0 ,得θ≤60°。
基于上述分析 ,建议在圆筒体轴向斜接圆形截面接管时 ,接
管轴线与筒体表面法线夹角变为不大于 60°。
通过以上关于椭圆形开孔几个问题的分析可知 :当在壳体
上开椭圆孔时 ,若按等面积补强必须使椭圆孔长短径之比不大
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 、介质出入口 、排污口等 。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 ,为了降 低开孔边缘的应力 ,应在开孔边缘处进行补强设计 。
世界各国所采用的补强设计方法不尽相同 ,各种方法所依 据的设计准则也各不相同 ,主要有 :等面积补强法 ,极限分析法 , 安定性分析法和压力面积补强法 。
Liu Yuanli Wan Yajiao
ABSTRACT Through t he demonst ration of successf ul cases of famous enterprises in t he world , t his paper discusses t he important significance and countermeasures of st rengt hening t he operation and management of enterprises. KEY WORDS operation management enterprise
,且
d
≤
1000mm
,切向接管时还应使
d
≥Di 4
。
3. 圆筒体轴向斜接管开孔
当按 J 16 —89 对圆筒体轴向斜接管开孔进行补强设计
时 ,要求壳体上的接管必须是圆形截面 ,且接管轴线与壳体表面 法线所成夹角θ不应超过 50°。实际当在圆筒体轴向斜接管时 ,
其开孔为椭圆孔 ,椭圆孔长轴为 a ,短轴为 b ,
比大于 2. 0 ,不符合 GB150 —89 等面积补强的规定 。
其次 ,圆筒体周向斜接管的开孔为环向椭圆孔 ,当椭圆孔长
短轴之比不大于 2. 0 时 ,短轴两端产生的周向应力最大 ,采用等
面积开孔补强方法进行补强时 ,应按椭圆孔的短轴计算 ,即筒体
上开孔的大小应以其短轴的大小来衡量 。
综上分析 :当按 HGJ 16 —89 圆筒体周向斜接管开孔补强计
σmax =σ(1 + 4
b a
)
,长轴孔边的最大周向应力为σmax
=σ( 2
a b
-
1) ,因等面积补强设计是以通过开孔中心且过壳体轴线的纵截
面为基础 ,所以应使短轴两端的周向应力不小于长轴两端的周
向应力即 :
σ(1 + 4
b) a
≥σ(2
a b
-
1)
2b2 ≥a2 - ab
b ≥a - b
a b
(上接 41 页) 的广告宣传 ,正常的企业与用户关系 ,不损害客户 利益等 ;分配行为约束 ,即正确处理积累和消费的关系 ,正确处 理企业发展和职工福利的关系等 ;社交行为约束 ,即互通有无 、 相互支持 、互利互惠 、不损人利已等 ;短期行为约束 ,即制订企业 长远发展计划 ,注重设备更新 、产品升级换代 ,促进技术进步 ,提