2020年压力容器的开孔与补强
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储存和运输高压气体、液体或气体液体混合物的装置。
由于容器内部承受着巨大的压力，因此对于压力容器的结构设计和制造质量的要求非常高，尤其是它的壁厚和容积大小等参数必须经过精密计算和实验验证。
然而，即使设计和制造工艺都非常优秀，压力容器在使用过程中，也一定会出现开孔或由于压力过高而造成形变或者破裂的情况。
为了避免这种情况的发生，我们可以采用开孔和补强两种方法进行预防和解决。
开孔是一种常见的预防压力容器事故的方法。
通过在容器的垂直和水平方向上开孔，可以使容器内部受到更好的冷却和通风，从而减少容器内部压力的累积。
另一方面，开孔的位置也可根据容器内部压力变化而进行调整，使事故的风险降到最低。
此外，设定开孔的位置和数量还可以为维护和保养提供更大的便利。
例如在容器的底部开孔，可以更轻松地清除容器内部积存的物质。
尽管开孔是一种有效的预防措施，但在一些情况下，由于开孔会改变容器的整体结构，从而降低容器的承载能力。
这时，可以采用补强的方法来保证容器的安全。
补强的方法主要是在容器受力较大的地方加装加强筋或者钢板等材料来提高容器的强度和承载能力。
这种方法的优点是可以增加整个容器的稳定性和韧性，从而避免容器内部压力过高而造成的泄漏和破裂等意外事件的发生。
需要注意的是，在进行压力容器的开孔和补强的时候，我们必须严格遵守国家标准，以确保容器的质量和安全。
另外，在进行相关的维修和改装时必须由具备相关资质、资历的专业人员进行操作，这样可以有效地避免其他安全隐患的发生。
最后，压力容器在工业生产和人们的日常生活中发挥着重要的作用，但与之相关的安全问题也时刻需要引起人们的重视。
因此，在日常生活和工作中，我们应该尽可能地避免对压力容器的摩擦和碰撞，同时，也应该注意对其的定期检查和维修，以避免意外事件的发生。
第十二章压力容器的开孔补强
m
23
(三)应力集中系数的计算
3.椭圆形封头开孔的应力集中系数 椭圆形封头开孔的应力集中系数可以近似的采 用上述球壳开孔接管的曲线，只要将椭圆中心处的 曲率半径折算为球的半径即可
Ri KDi
式中K为修正系数 Di为椭圆封头的内直径 Ri为折算为球壳的当量半径
13
(一)开孔的应力集中
1.平板开小孔的应力集中
σ
σθ
σθ
r
θ σθ σ
max=3σ
σγ
σ
a
r 0
图12-1 平板开小孔时应力集中
平板开孔的最大应力在孔边 孔边沿r=a处： 0,
2
处
2
max 3
14
一、开孔应力集中及应力集中系数
(一)开孔的应力集中 1.平板开小孔的应力集中
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第二节 开孔及补强设计
一、开孔应力集中及应力集中系数
二、开孔补强设计的要求
三、等面积补强计算
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一、开孔应力集中及应力集中系数
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下 列影响: 1. 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 2. 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。 3. 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。
1
第一节 总体设计问题概述
结果在开孔和接管处的局部地区，应力可能达到很大的数值 。这样高的局部应力，有时再加上接管上还受到其他外部载 荷（例如安装的附加弯短、热应力等）以及开孔结构在制造 过程中难兔产生的残余应力等，于是开孔附近往往就成为容 器的破坏源。因此必须对开孔处进行强度校核，如不能满足 强度要求，则必须进行补强。
(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。
容器的开孔补强
容器的开孔补强
一、开孔应力集中现象及其原因
由于各种工艺、结构、操作、维护检修等方面的要求，需要在压力容器上和封头上开孔或安装接 管。例如人孔、手孔、介质的出入口等。容器开孔之后，由于器壁金属的连续性受到破坏，在 孔边附近的局部地区，应力会急剧增加。这种局部的应力增长现象，称为“应力集中”。在应
力集中区城的最大应力值，称之为“应力峰值”。
容器的开孔补强
二、开孔补强设计Hale Waihona Puke 原则与补强结构1．补强设计原则
(1)等面积补强法的设计原则 (2)塑性失效补强原则
2．补强形式
目前采用的补强形式主要有：①内加强平齐接管；②外加强平齐接管；③对称加 强凸出接管；④密集补强
3．补强结构
(1)补强圈补强结构 (2)加强元件补强结构
(3)整体补强结构
4．等面积补强法的设计
(1)开孔有效补强范围的计算 (2)补强面积的计算
容器的开孔补强
环保设 备
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 ra 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 ra 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。
关于化工压力容器的补强设计及计算
关于化工压力容器的补强设计及计算发表时间：2020-04-07T15:17:02.053Z 来源：《基层建设》2019年第32期作者：赵华融[导读] 摘要：在压力容器设计过程中，满足强度的开孔补强设计及计算对压力容器的安全、平稳运行至关重要。
广州市浩鑫洁净工程技术有限公司摘要：在压力容器设计过程中，满足强度的开孔补强设计及计算对压力容器的安全、平稳运行至关重要。
基于此，笔者展开以下探讨以供参考。
关键词：化工压力容器；开孔补强1.化工压力容器开孔补强设计在化工压力容器开孔补强设计过程中，最主要的是截面的选取，通过对补强面积的确定和计算，求得开孔所需补强面积，再选择适当的补强方式。
补强圈在化工压力容器补强设计中得到较多应用，而厚壁接管补强在其设计制造中显现出的优势使其得到广泛的应用。
2.开孔补强设计在压力容器设计中的运用（1）补强圈补强设计在设备中，适当的补强面积可以使开孔设备拥有更加强大的承载力，适当降低开口边沿的应力峰值。
采用补强圈结构进行补强时，必须符合下面的几项规定：1）低合金钢的标准抗拉强度下限值＜540MPa； 2）补强圈厚度小于或等于1.5倍壳体壁厚； 3）壳体名义厚度≤38mm。
此外，对于盛装毒性为极度危害与高度危害介质的压力容器，也不宜采用。
由于补强圈与壳体采用搭接连接方式，搭接结构处角焊缝会引起较大的局部应力。
补强圈与壳体金属间的热膨胀差会使补强局部区域产生热应力，因此，补强圈补强结构不能用于承受疲劳载荷的压力容器。
（2）厚壁接管补强设计针对容器壁的小孔径开孔补强设计，厚壁接管补强法是较为常用的方法，选用厚壁接管补强时，应保证接管内径满足工艺要求。
厚壁接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好，厚壁接管补强结构的加厚部分处于最大应力区域内，从而可以有效降低开孔边的应力集中系数。
厚壁接管补强可选择无缝钢管，也可选用锻件加工制造。
厚壁管补强与壳体的连接方式有内齐平式、内插入式和外安放式三种类型，见图1，按等面积法原则，内插入式能适当减小补强厚壁管壁厚。
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常规设计规范中的开孔补强设计是为了提高容器的强度和稳定性，减小应力集中，避免开裂和变形等问题。
在设计过程中，需要考虑容器的功能和使用条件，合理确定开孔位置、大小和数量，并采取适当的补强措施。
开孔补强设计中的关键问题是如何确定开孔的位置和大小。
开孔的位置应尽量避免处于应力集中区域，如容器的角部、焊缝附近等。
开孔的大小则需要根据承受的载荷和应力水平来确定。
一般来说，开孔的面积不应超过容器壁的总面积的30%。
当开孔过大时，容器壁的强度和刚度会大大降低，容易导致变形和破裂。
在确定开孔位置和大小之后，可以考虑采取以下几种方式进行开孔补强设计：1.增加开孔的边缘钝化半径：开孔边缘的过渡半径越大，应力集中程度越小。
在常规设计中，一般要求开孔边缘的钝化半径为开孔直径的1.5倍。
2.添加补强环：在开孔边缘处添加环形补强，可以有效减小应力集中，提高强度和稳定性。
补强环的尺寸和数量需要根据开孔的大小和容器的使用条件来确定。
3.增加开孔区域的厚度：开孔附近可以增加壁厚，提高容器的强度和刚度，减小应力集中。
墙厚增加的大小需要根据应力分布和容器的使用条件来确定。
4.使用合适的补强片：在开孔的附近添加合适的补强片，可以提高容器的强度和稳定性。
补强片的材料和尺寸需要根据容器的使用条件和承载能力来确定。
5.考虑应力分配：在设计过程中需要考虑容器的应力分配情况，避免应力集中。
可以采用软件模拟和实验测试等方法来确定应力分布和开孔补强设计的有效性。
在进行开孔补强设计时，还需要考虑容器的材料特性、制造工艺和维修等问题。
同时，需要按照国家和行业的相关规范和标准进行设计，确保容器的安全可靠性。
总之，开孔补强设计是压力容器常规设计规范中的重要环节，对容器的强度、稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
合理选择开孔位置和大小，采取合适的补强措施，能够有效减小应力集中，提高容器的安全性能。
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
浅谈压力容器的开孔补强设计
…
罐 年月 ６ 黼
Ｃ ｈ 中 ｉ ｎ ａ 国 Ｃ 化工贸 ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔ 易 ｒ ａ ｄ ｅ
浅 谈压 力 容器 的开 孔 补 强设 计
李１ 溢 Ｄ Ｊ － 亚 Ｉ
（ 北 京石 油化 工工程 有限公 司西 安分公 司 。陕西西 安 ７１ ０ ０ ７ ５）
提 出其适 用范 围为 ：１ Ｏ ≤ （ Ｄ ｉ ＋ ２ Ｔ ）Ｉ Ｔ≤５ ０ ０ ，且 ｄ ｉ ／（ Ｄｉ ＋ ２ Ｔ ） ≤０ ． ８ 。 而在 Ｂ ９的附 录 中又 指 出 ，对 于具 有 大开 孔 的薄 壁壳 体 ，按 压 力面 积 的 设计 只能满 足静 载荷 设计 要求 ，不能 满 足安 定性 要求 ；而按 Ｂ篇 设 计 的容器 应 当满 足安 定性 要求 ，即在 设计 寿命 内 ，允许 全幅 度 的压 力 循环 不超过 １ ０ ０ ０ 次 。但该 附录 并未给 出按压 力面 积法设 计不满 足安 定 性要 求 的容器 开孔 率 与壁厚 比之定 量数 值 。这 是 因为压 力面 积 法无 法
此 外 ，笔 者还 想补充 一种 不另行 补强 的情况 ： 当设备 壳体 有 效厚 度 大于 等于 其 计算 厚 度的 ２倍 时 ，壳 体开 孔 补 强 也是 可 以免 除计 算 的。此 种 方案 的 提 出是 用等 面积 补强 法 来推 导 出 来 的 ，大 多 出现 在操 作 条 件不 苛 刻的 换热 器 设计 当 中 ，此 时 为 了保证 设 备 的刚性 对壳 体 的最 小厚 度 进行 了 要求 ，而 此 最小 厚度 有 时会 大于 壳体 的 计算厚 度一 倍甚 至更 多。
重要 内容 。
具 体对 压力容 器 的开孔 补强 设计方 案主要 包括 以下 四种 ：
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。
容器开孔后,为什么需要补强
2.5容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管。由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响.并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘开始。主要表现为疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行必要的补强设计计算，适当补强。
2020年压力容器的压力试验工艺守则
4.8拆卸泵水工装及设计、工艺规定的拆开部位，检查各密封面、紧固件，对出现损伤或超过技术条件规定的压痕者，均应修整，使之保持完好后再上防锈油，按规定单独报交装箱，或者和设备整体轻度装配连接报交入库。
5.5气压试验时严禁锤击被试验的容器。
6致密性试验
6.1容器的气密试验，必须于水压试验合格后进行。致密性试验的介质气体（空气、氮气或其他惰性气体）温度不低于5℃。开泵缓慢升压至试验压力值（即设计压力值），按容器容体大小停泵保压10～30分钟涂肥皂水检查。小型容器能够浸入水中检查。致密性试验严禁锤击。
2.4对压力容器上不于厂内装配、焊接的开孔加工，可于压力试验之后进行。
3.准备和壹般程序及要求
3.1容器必须于内部清理干净后，方可进行试压前的装配。装配步骤如下：
3.1.1将外壳所有待装配的合格零部件安置于清洁的场地上，对零部件上所有密封面，双头螺柱作进壹步检查，对二级精度螺孔进行回攻，回攻时选用合格中径下限的丝锥，且用二硫化钼油剂润滑。
5.3容器的开孔补强圈于容器压力试验之前，通入0.4~0.5MPa压缩空气检查焊缝质量。
5.4开泵缓慢升压至试验压力值的10%，且不超过0.05MPa，停泵保压10分钟进行初步检查，合格后再缓慢升压到试验压力的50%（即PT/2），第二次停泵保压检查。以后按PT/10的压力值为级差，逐级缓慢升压；每升壹级停泵保压10分钟。升压至试验压力值PT时，按容积大小，停泵保压10~30分钟，然后缓慢降至设计压力P，稳压至少30分钟涂肥皂水进行检查。
（情绪管理）压力容器的压力试验工艺守则
主题内容和适用范围
1.1本守则规定了压力容器压力试验操作方法步骤和技术要求。
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。
浅谈常规压力容器的开孔补强设计
浅谈常规压力容器的开孔补强设计摘要：在压力容器上开孔，将会使压力容器的承压能力降低，在其设计工艺条件下会产生危险，因此压力容器开孔后需进行补强，本文介绍了压力容易开孔补强的两种方法和应注意的问题，并针对实例进行了计算演示。
关键词：压力容器补强开孔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。
开孔补强设计是压力容器设计中必不可少的一部分，标准和规范中虽然对设计和计算都作了较为详细的规定，但安全、经济、合理的设计仍是摆在我们面前的一个课题。
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。
按照GB150-1998《钢制压力容器》规定，在压力容器的设计过程中，应采用适当的开孔补强设计。
下面就对压力容器的开孔补强进行分析。
一、开孔补强方法的选择1.压力面积法压力面积是西德AD规范中采用的开孔补强方法，其开孔率可达0.8，较等面积法为大。
当开孔率超出等面积法适用范围时，常采用该法进行补强：压力面积法的意义如下。
式中，AP-为补强有效范围内的压力作用面积；Aσ-为补强有效范围内的壳体、接管、补强金属的截面积；P-设计压力；[σ]-材料许用应力公式（1）是以在壳体有效补强区域中的压力载荷与壳体的承载能力相平衡为基础的，即压力在壳体受压面积上形成的载荷与有效补强范围中的壳体、接管、补强材料的面积所具有的承载能力相平衡。
由式（1）的变形得出式（1a）：式中左端项即压力在壳体受压面积上形成的载荷。
式中右端项为材料所具有的承载能力材料的承载能力，应大于压力引起的载荷，所以使用不等号相联接。
右端项中是由于采用“中径”公式的缘故。
2.等面积补强法等面积法是以拉伸的开孔大平板为计算模型的。
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，故该方法不能相适应。
补强计算时，在有效补强范围内的所有多余面积（即有效厚度提供的面积扣除壳体或接管本身强度所需的面积）均可作为补强面积。
压力容器的开孔与补强
压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求：回转壳体上开小孔造成的应力集中；开孔补强的原则、补强结构和补强运算；不另行补强的要求；GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔邻近的应力集中1、 有关概念（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阻碍：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，开孔后按弹性方法运算出的最大应力为σmax ，则弹性应力集中系数为： σσmax =t K （1） 压力容器设计中关于开孔咨询题研究的两大方向是：研究开孔应力集中程度，估算Kt 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 su bjected to uniform tension设有一个尺寸专门大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中咨询题能够利用弹性力学的方法进行求解。
承担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，孔邻近的应力重量为： ⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a ra 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，球壳受双向平均拉伸应力作用时，孔边邻近任意点的受力为：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，则孔边邻近任意点的受力为： ⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=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 h ole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
压力容器设计开孔和开孔补强设计
4.3.5 开孔和开孔补强设计
三、允许不另行补强的最大开孔直径
强度裕量
接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度 接管根部有填角焊缝 焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等
上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从 而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的 开孔接管，可以不予补强。
B=2d B=d+2δn+2δnt
（4-79）
式中 B—补强有效宽度，mm； δn—壳体开孔处的名义厚度，mm； δnt—接管名义厚度，mm。
浙江大学承压设备研究室20
4.3.5 开孔和开孔补强设计
内外侧有效高度： 按式（4-80）和式（4-81）计算，分别取式中较小值
外侧高度
h1 dnt
h1=接管实际外伸高度
应用：
高强度低合金钢制压力
容器由于材料缺口敏感 性较高，一般都采用该
结构，但必须保证焊缝 全熔透。
浙图江4大-3学7承（压b设）备研究室10
4.3.5 开孔和开孔补强设计
（3）整锻件补强
整体锻件
图4-37 （c）
浙江大学承压设备研究室11
4.3.5 开孔和开孔补强设计
结构： 将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与 壳体和接管焊接，见（c）图。
优点：长期实践经验，简单易 行，当开孔较大时，只要对其 开孔尺寸和形状等予以一定的 配套限制，在一般压力容器使 用条件下能够保证安全，因此 不少国家的容器设计规范主要 采用该方法，如ASME Ⅷ-1和 GB150等。
浙江大学承压设备研究室14
4.3.5 开孔和开孔补强设计
（2）极限分析补强 定义： 带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极 限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。
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（情绪管理）压力容器的开孔和补强第13章压力容器的开孔和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。
第壹节容器开孔附近的应力集中1、关联概念（1）容器开孔应力集中（Openingandstressconcentration）于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且安装接管，例如：人孔、手孔、进料和出料口等等。
容器开孔接管后于应力分布和强度方面会带来下列影响：◆开孔破坏了原有的应力分布且引起应力集中。
◆接管处容器壳体和接管形成结构不连续应力。
◆壳体和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（stressconcentrationfactor）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：（1）压力容器设计中对于开孔问题研究的俩大方向是：✧研究开孔应力集中程度，估算K t值；✧于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.1Variationinstressinaplatecontainingacircularholeandsubjectedtouniformtension 设有壹个尺寸很大的巨型薄平板，开有壹个圆孔，其小圆孔的应力集中问题能够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，只要板宽于孔径的5倍之上，孔附近的应力分量为：（2）平板开孔的最大应力于孔边处，孔边沿处：应力集中系数：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.2Variationinstressinasphereshellcontainingacircularhole孔边处r=a，,应力集中系数4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳俩向薄膜应力，，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：（3）Fig.3Variationinstressinacylindricalshellcontainingacircularhole孔边处。
可是于孔边处最大，孔边处径向截面处的应力集中系数K t＝2.5。
而于另壹个截面，即轴向截面的孔边处的最大应力，此处应力系数K t＝0.5，比径向截面的应力集中系数小得多。
其他情况，例如开椭圆孔以及排孔等情况详见国标规定。
针对开孔部位的壳体或者封头壁厚为，直径为D，开孔的孔径为d时，于接管根部开孔边缘处的应力集中现象呈现如下的特点：➢最大应力于孔边，是应力集中最严重的地方；➢应力集中具有局部性，其范围也是极为有限的；➢应力集中的情况和开孔的孔径和直径的相对尺寸d/D成正比，开孔不宜过大；➢应力集中和成反比；所以增大开孔四周壳体的壁厚，则能够极大改善应力集中的情况，因此于开孔周围壹定的范围内，采用焊接补强圈的方法。
➢球壳上开孔的应力集中系数稍低于通体上开孔的应力集中系数；因此于可能的情况下，于封头上开孔，优于于壳体上开孔。
5、应力集中对容器安全的影响➢接管和壳体均为具有良好塑性的材料制成，如果容器内介质压力平稳，对容器的安全使用不会有太大的影响；➢如果容器内有较大的压力波动，则应力集中区的金属于交变的高应力作用下会出现反复的塑性变形，导致材料硬化，且产生疲劳破坏。
应力集中是产生疲劳破坏的根源。
6、开孔且带有接管时的应力集中系数之上讨论的是仅于壳体上开孔，可是于实际中通常是仍于开孔处有接管，开孔处因为接管和壳体于内压作用下发生变形协调而导致不连续应力出现。
例如球壳和圆管的连接如下图所示。
因此接管对开孔边缘处的应力集中影响也需要考虑。
Fig.4Deformationandinternalforcesintheopeningofsphereshell应力集中系数曲线：为了便于设计、对不同直径的和不同厚度的壳，带有不同直径和接管，按理论计算得到的应力集中系数绘制成壹组组曲线。
应力集中系数曲线图绘制根据：●壳体的直径，壳体厚度；●接管的直径，接管厚度；●接管形式的平齐接管，插入接管,的不同而绘制。
第二节容器的开孔补强开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱，若开孔很小且有接管，且接管又能使强度的削弱得以补偿，则不需另行补强。
若开孔较大，就要采取适当的补强措施。
壹般容器只要通过补强将应力集中系数降低到壹定的范围即可。
按“疲劳设计”的容器必须严格限制开孔接管部位的最大应力。
经过补强后的接管区能够使应力集中系数降低，但不能消除应力集中。
1、开孔补强的基本原则当于容器开孔后，由于各种强度富余量的存于，开孔且非均要补强。
而于孔周围不需要进行补强的规定，称为开孔补强设计的基本原则。
（1）允许不补强开孔的原因●应力集中的局部性原因，根据应力集中的局部性特征，开孔附近的峰值应力，不会产生壳体的整体屈服；●当应力集中系数小于时，开孔附近除疲劳断裂外，不产生壹般的强度破坏；●容器有效壁厚，是于计算壁厚值加上壁厚附加量，按商品钢板系列的圆整值。
壹般大于强度值的要求，从整体上得到了加强。
●于壁厚计算公式中，焊缝系数壹般小于1，于规定中，明确指出，开孔不允许于焊缝影响区内，则认为开孔区的强度承载能力高于焊缝区。
（2）允许不另行补强的最大开孔直径a.不另行补强的最大孔径为b.当俩孔中心之间的间距大和俩孔直径之和的俩倍时，则每壹孔均可视为单个开孔。
2、开孔补强形式（1）内加强平齐接管：将补强金属加于接管或壳体的内侧。
（2）外加强平齐接管：将补强金属加于接管和壳体的外侧（3）凸出接管对称加强：采用突出接管，接管的内伸端和外伸端同时加强形式（c）凸出接管对称加强（4）密集补强形式：补强金属集中于接管和壳体的连接处之上四类补强形式，从补强的效果，即补强所附加金属起到的实际作用，实践证明了密集补强效果最好。
对称凸出接管列第二，外加强最差。
3、补强结构（1）贴板补强结构贴板补强结构是于开孔周围贴焊壹个补强圈，补强圈的材料和厚度壹般和壳体相同。
（a）需要保证补强圈和壳体全面贴合；(b)需要保证焊缝的全焊透结构；(c)于补强圈上开有M10的通孔，以充气检验其焊透性；（d）常用场合：中低压容器。
（2）接管补强结构：即于开孔处焊接壹段加厚的接管，加厚接管处于最大应力区，故能有效的降低应力集中系数。
（a）优点：结构简单，焊缝小，容易对焊缝质量进行检验(b)缺点：焊缝处于最大应力区内；(c)当用于重要设备时，应保证焊缝的全焊透性。
焊缝磨平，进行无损探伤。
（d）常用场合：低合金钢容器或某些高压容器。
（3）整锻件补强结构：将接管于壳体连同加强部分做成壹整体锻件。
接管补强（a）优点：补强金属集中于开孔应力最大部位，应力集中系数最小。
焊缝及热影响区离开最大应力点位置，抗疲劳性能优越。
(b)缺点：锻件供应困难，制造烦琐，成本较高。
（c）常用场合：只用于重要的设备，如高压容器，核容器等。
4、开孔补强的设计准则（1）等面积补强准则该方法认为于有效的补强范围内，壳体处本身承受内压所需截面积外的多余截面积A不少于开孔所减少的有效截面积A0。
等面积补强法是世界各国延用已久的壹种经验设计方法。
◆开孔削弱的截面积，指沿壳体纵向截面上的开孔投影面积。
式中：d为开孔直径或接管内径加上壁后附加量C后的直径。
T为壳体按内压或外压计算所需的计算厚度。
Fr为材料强度削弱系数，即设计温度下接管材料和壳体材料许用应力之比，fr<1.0◆有效补强范围：等面积补强法认为于右图中的WXYZ的矩形范围内补强是有效的。
◆补强区内补强金属面积A(a)容器壳体设计厚度之外的多余金属截面积：A1筒体或封头，承受内压或外压所需的厚度和壁厚附加量之外剩余的金属面积。
A1＝（B-d）[(S-C)-So]，C—壁厚附加量式中Tn，tn分别为壳体及接管的名义厚度T为容器壳体的计算厚度C为接管的壁厚附加量fr为材料的强度削弱系数（b）接管所需计算厚度之外的多余金属截面积：A2接管承受内压或外压所需厚度和壁厚附加量俩者之外多余的金属面积。
A2＝2h1(St-Sto-C)+2h2(St-C1-C2)式中：t－为接管按内压或外压计算所需的计算厚度；C2－为接管的腐蚀附加量。
（c）于有效补强区内焊缝金属的截面积。
（d）于有效补强区内另加的补强元件的截面积。
若A1+A2+A3≥A，开孔不需要补强A1+A2+A3<A，开孔需要补强则A4≥A-(A1+A2+A3)A4—补强金属截面积。
（2）极限分析补强设计准则由于开孔只造成壳体的局部强度削弱，如果于某壹压力载荷下容器开孔处的某壹区域其整个截面进入塑性状态，以至发生塑性流动，此时的载荷便为极限载荷。
利用塑性力学方法对带有整体补强的开孔补强结构求解出塑性失效的极限载荷。
以极限载荷为依据来进行补强结构设计，即以大量的计算能够定出补强结构的尺寸要求，使其具有相同的应力集中系数。
（3）开孔补强的其他问题之上是壳体上单个开孔的等面积补强方法，工程上有时仍会碰到且联开孔的情况，如果各相邻孔之间的空心距离小于俩孔平均直径的俩倍，则这些相邻孔能够不再以单孔计算，而应作且联孔处理。
另外仍有开排孔、平板盖开孔的情况，其补强设计方法可按照压力容器标准中第六章的相应规定进行。
对于成型封头开孔大小超过时D/2，也超出了等面积补强的规定适用范围，此时可采用“变径段”作过渡。
【思考题】（1）开孔补强的方法有几种？（2）等面积补强法允许的开孔范围是多大？（3）大开孔应采用哪种补强方式？（4）为什么压力容器壳体上开孔尺寸较小时可不另行补强？。