压力管道设备开孔补强计算方法探讨
开孔补强
说明： （1）采用标准三通，当不能采用三通时补强件 应将主管的整个圆周包围住。 （）可采用全包式补强构件、补强圈、鞍形板 或焊接出口式管件（如支管台）。采用角焊缝将补强 件焊接到主管上之前，应先将补强件边缘削薄，使其 不超过主管的壁厚。且主管上连接支管的开孔直径不 应超出支管外径的 6 mm。 （）主管上连接支管开孔直径不大于 50 mm 则 不必补强。 （）开孔补强不是强制性要求，但在有严重外 载荷时仍需考虑补强。
参考资料
保护装置检验”中是非常重要的。
[ 1 ] 劳动部职业安全卫生锅炉压力容器监察局，压力管道安全
2 结束语
管理与监察规定 [S]. [ ] 国家质量监督检验检疫总局，在用工业管道定期检验规程
宏观检验是定期检验中最常用的，是检验人员 司空见惯的，也可能是检验人员易忽视的检验方法。 其实对宏观检验的把握水平，最能体现出检验人员的
第 9 卷第 期 01 年 6 月
·管道与管件·
化 工 设 备 与 管 道 PROCESS EQUIPMENT & PIPING
压力管道开孔补强设计
刘欣，王新华，李显达，宋金凤
（中国石油工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 0655）
Vol. 9 No. Jun. 01
和接管处将产生大的应力集中，此外还有材质和制造
与 缺陷等各种因素的综合作用，使得管线的失效往往发 ww 管 生在开孔接管附近 [1]。因此，在接管区采取有效地补 w 强措施来降低应力集中，具有重要的工程应用价值。 .t 道 1 开孔补强设计原则 ce 》 管线开孔的补强设计计算方法有很多种。当前 d 国内外有关规范中的开孔补强设计计算方法主要有 .c 两种，即以 ASME 规范为代表的等面积法和以欧盟 o 标准 EN 15 为代表的压力面积法 []。石油天然气 m 管线开孔补强大多采用等面积法进行计算。等面积补
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。
浅谈压力容器设计中开孔补强设计的应用
浅谈压力容器设计中开孔补强设计的应用设备开孔是压力容器设计及制造过程中一个重要环节，它有助于扩展压力容器的功能性，同时也为开孔设备的维护工作提供便利。
然而不正確的开孔设计，很容易导致设备整体结构受力情况发生转变，使设备在运行中存在较大的安全隐患，所以改善开孔补强设计水平，消除安全隐患非常必要。
标签：压力容器;开孔补强设计;应用一、开孔补强设计压力容器在开孔作业后，其自身受压的平衡性、受压面积以及开孔边缘的应力效应都会存在一定程度上的破坏，进而导致压力容器强度降低，无法达到使用要求。
所以在压力容器设计中，需要通过合理的开孔补强措施来保证压力的平衡性。
我国对于压力容器开孔作业制定了一系列的规范要求，并对锥壳、圆筒以及凸形封头的开孔直径做出明确规定，以增强容器强度。
二、开孔补强的限制条件和设计方法1、限制条件在压力容器开孔作业中，对于开孔直径、形状均有着明确的限制：1）在圆筒开孔作业时，如果圆筒的内径在1500mm以下，那么其开孔直径不得大于0.5D与520mm中的较小值;如果圆筒的内径尺寸大于1500mm，则开孔直径不得大于0.33D与1000mm中的较小值。
2）球状外壳的开孔直径不得超过0.5D。
3）锥形封头的开孔直径要在0.33D以内。
4）椭圆形、长圆形以及圆形结构在进行开孔作业时，其长短轴的比例需控制在2.0以内。
2、设计方法开孔补强的设计方法主要分为两种，局部补强和整体补强。
1）局部补强局部补强具有一定的针对性，是在固定位置上实施开孔作业，且补强的面积相对较小。
该种设计方式主要针对的是钢材屈服强度不超过540MPa、补强厚度在壳厚度的1.5倍以下、容器壳厚度在38mm以内的材料。
其优势为成本低廉，操作便捷，补强时间短，适用范围较广。
不过在使用局部补强时，需要注意的内容有：开孔补强位置在焊缝最大应力区域内，补强作业前需要对焊缝进行磨平处理和无损检测;在开孔作业时很容易存在误差，导致补强件与结构表面的融合效率较差，很容易因为温差变化导致位置出现裂缝，影响容器质量。
(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。
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。
压力管道开孔补强分析
压力管道开孔补强分析压力管道是工业生产中最为常见的设备之一，其主要的组成部分为管体、管材、法兰等，而开孔补强则是一项必要的程序，其目的是为了更好地加强管道的承载能力和延长其使用寿命。
在此文章中，我们将详细分析压力管道开孔补强的工程实践。
一、压力管道开孔的原因在实际工作中，压力管道避免不了的就是需要进行开孔的情况。
而开孔的原因主要有以下几种：1.管道的安装在压力管道的安装过程中，里面难免会沉积一些杂质如锈钢等，需要安装人员将其清理，而在清理的过程中，就有可能会对管体进行开孔，因此，安装人员一定要保持专注。
2.现场施工在现场施工的过程中，如果施工工人操作有失误，如冲击或砸击管道等情况，就会对管道造成影响，从而如发生开孔的情况。
3.管道老化压力管道的使用寿命并不是无限的，仅约十年左右，因此在经过这段时间的使用之后，管道就会出现变形、破裂，管体开裂的现象也经常出现。
4.管道泄漏在一些情况下，管道会出现泄漏的现象，为了可以对其及时的进行修补，则先要对其进行开孔，进行排放工作，保障管道的稳定运行。
二、开孔补强的方法在管道出现开孔问题之后，需要进行补强操作，一方面保证管道的安全性，另一方面确保其正常运转。
常见的压力管道开孔补强方法：1.补角如果管座正对着法兰盘上的螺栓，就可以进行补角加固，将选择性配置适当角度、尺寸的三角板进行焊接，然后再在三角板上的空洞处进行补焊，这样可以增加法兰盘与管道的承载能力。
2.滚边圆片在法兰盘和管道接口处，特别是压力较大的位置，可以加装滚边圆片，由于其具有较强的过滤作用，从而为压力管道的运转提供较强的保障。
3.封面在管道外壳的开口处，可以安装封面，封面一般为金属板材或软管等材质，可以对管道的整体性进行加强。
4.加粗管道加粗管道是将补强材料厚度增加，对原管道进行加固，常见有缠绕型、插入型、波纹型等，可以对整个管道的承载能力进行有效提高。
三、注意问题在进行压力管道开孔补强方面，还需要注意一些问题：1.在进行开孔补强时，一定要保证现场作业人员的安全，尽量避免人为的操作失误。
关于压力管道大开孔的补强问题
关于压力管道大开孔的补强问题问题的提出大直径钢制分岔管广泛应用于水电，核电，火电，大型工厂的生产用管道，长距离的引水调水管道和油气输送管道等，最近接触到国内几个输水管道工程，其中的大开孔卜型岔管的开孔补强都是采用补强圈的方法，或者是水电行业采用的变径内加强月牙肋岔管，本人希望就这个问题展开深入的讨论。
某输水管道工程中，美国西北管道公司提供的输水钢管，以及贴边岔管（其腰梁补强的结构更加合理可靠）的现场安装。
大直径压力管道贴边岔管的大开孔（d/D比例大）接管，国外通常采用腰梁板补强，国内通常采用的等面积补强（补强圈）主要适用于小开孔（d/D比例小），90o接管的应用场合，对于大开孔锐角斜接（开孔面积增大）支管，补强圈又显得强度不够。
等面积补强法是支管连接开孔补强计算的最低要求，ASME BPVC Section VIII，GB /T 20801 及SH/T 3059 标准都规定了其适用范围。
补强圈面积过大时，应选用整体加厚或全环绕包覆。
对于大直径钢管的大开孔补强核算不可采用等面积法。
我国有关管道开孔补强的主要标准和规范如下：GB 50316 工业金属管道设计规范GB/T 20801.1 压力管道规范－工业管道GB/T 50251 输气管道工程设计规范GB/T 50253 输油管道工程设计规范SH/T 3059 石油化工管道设计器材选用规范SL 281 水电站压力钢管设计规范DL/T 5141 水电站压力钢管设计规范JB/T 4736 补强圈虽然我国的管道在各行业都有相应的标准和规范，但实际应用中也经常出现接缝开裂的事故，尤其是大直径接管深裆处和锐角处开裂。
因此，对于不同的接管形式需采取不同的补强方式。
目前，国内大直径管道大开孔补强设计通常还是采用补强圈，然后进行有限元分析。
增加管道壁厚能够在一定程度上提高管道的环向刚度，但最好的方法是将加肋补强板环向垂直于管道轴线放置，在得到同样刚度的情况下，这种方法的用钢量最小，结构受力更加合理可靠。
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。
压力管道设备开孔补强计算方法探讨
第 ４ Ｏ卷
增刊 １
石
油
化
工
设
备
２１ Ｏ １年 ８月
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Ｖｏ１ ０ Ｓｕ ｌ ｍ ｅ ．４ ｐｐ ｅ ｎｔ１ Ａｕｇ． ０１１ ２
文 章 编 号 ：１ ０ — ４ ６ ２ １ ） 刊 １０ ２ — ４ ０ ０７ ６ （０ １增 － ０ ３０
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参考文献 ：
的 进 展 和 评 述 ＿］ 压 力 容 器 ，０ ７ ２ （０ ：４４ ． Ｊ． ２ ０ ，６ １ ）３ —０ ［］ 杨 德 生 ， 正 华 ， 国 臣． 力 线 性 化 原 理 在 压 力 容 器 ６ 缪 赵 应
分析设计 中 的应用 ［］ 化 工装 备 技术 ，００ ３ （ ） Ｊ． ２ １ ，１ １ ：
Ｑｕ Ｚ ｏ ｇｋ ｉ ｈ ｎ － ｕ ，ＧＵＯ ｉ Ｌｅ ，Ｗ ＡＮＧ Ｆ ｎ ，Ｚ ｅ ｇ ＨＡＮＧ ａ Ｑｉｎ
（ Ｃｈｉ ａ Ｐｅ ｒ ｅ ｍ ｐｅ ｉ ｎ ｔｏｌ ｕ Ｐｉ ｌｎｅ Ｅｎｇ ｎｅ ｒｎｇ Ｃｏｒ ｒ ｔｏｎ，Ｌａ ｇｆ ｎｇ ０６ ００ ｉ ｅｉ ｐｏ ａ ｉ ｎ ａ ５ ０，Ｃｈ ｎａ ｉ ）
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。
平盖开孔补强问题的讨论
（ 2）
k = ( 1 - c O /c ) 1 #( 1 - dO / d )2 - (1 - dO / d ) 因必为正值， 故 k = ( 1 - c O /c ) + #( 1 - dO / d )2 - (1 - dO / d )
（ 4）
2001 年第 5 期
・ 17・
可见平板开孔所需补强面积与开孔面积之比， 随平板直径与开孔直径之比而变化取不同值，可得 相应值如表 2。
2
平盖开孔几种计算方法的讨论
我们这里讨论的平盖开孔是指平盖开孔直径小
于等于 0. 5 倍平盖直径的情况。
（d） 图l （e）
第一种： 在平盖计算时， 考虑开孔尺寸 （称为 “平 盖整体补强计算法” ）按 GBl50 - l998 式（ 7 - 29） ~ 式 （ 7 - 3l） ， 将其中系数 K 改用 K /! 进行计算， 以确 定平盖所需厚度。其中 K 为平盖结构特征系数， !为 （ 8 - 6） 计算。图 开孔削弱系数。 ! 按 GBl50 - l998 式 平盖厚度采用该方法计算。 b 结构中， 第二种： 平盖开孔补强， 考虑按外加补强元件计 算 （称为 “补强圈计算法” ） 平盖开孔所需最小补强面 积按 GBl50 - l998 式 （ 8 - 5） 计算。 图 lc、 图 lc 结构， 采用该方法计算。 图 lc 是图 lc 结构上的转换， 把补 强圈补强时的所需补强圈的计算厚度，转换为平盖 所需增加的厚度。 第三种： 平盖开孔补强， 考虑按外加补强元件计 算 （称为 “厚壁管计算法” ） 该方法根据平盖的开孔补
・ 16・
化 工 设 备 与 管 道
第 38 卷
强原则（即应使补强后平盖的弯曲强度与开孔前保 持不变） 进行计算。事实上， 第二种方法同样根据平 盖的开孔补强原则，得出平盖开孔所需的补强面积 为开孔削弱的强度面积 0. 5 倍。但笔者认为用厚壁 管进行补强计算时， 该系数则不能成立。 故将二者分 开， 称其为 “补强圈计算法” 和 “厚壁管计算法” 。 下面我们用工程一实例进行比较说明。 容器设计压力 4. 5Mpa，设计温度 60C ，需在 开 DN 150 的孔， 容器的腐蚀 DN 500 的人孔的平盖上， 裕量 1. 5mm。具体结果如表 1 所示。
压力管道壁厚及开孔补强计算
压力管道壁厚及开孔补强计算压力管道是用于输送液体、气体或其他物质的管道，在运行过程中会受到一定的内外压力载荷。
为了确保管道在压力载荷下的安全运行，需要对压力管道的壁厚及开孔补强进行合理的计算。
1.管道内压力壁厚计算：根据管道的内压力、材料的允许应力和安全因子来计算管道的壁厚。
一般采用ASME标准或API标准中的公式来进行计算。
2.管道外压力壁厚计算：对于管道受到的外压力载荷，例如土压力或深水压力等，需要计算管道的外壁厚度。
常用的方法有ASME标准中的公式和材料力学性能参数。
3.管道轻质液体和气体压力壁厚计算：对于轻质液体和气体在管道中的压力载荷，由于其密度较小，管道壁厚常较薄。
可以采用API520或API521等标准中的公式，结合流体特性和工况条件来进行计算。
在进行压力管道壁厚计算时，需要考虑以下几个因素：1.管道内外压力：管道的内外压力是计算管道壁厚的基本参数，需要准确测量或估算。
2.材料的强度：管道材料的强度特性是壁厚计算的重要参数，需要从材料规格中获取。
3.安全因子：安全因子是考虑管道在运行过程中不确定因素的影响，一般取1.1~1.54.温度和环境条件：管道在不同温度和环境条件下的工作性能可能会有所变化，需要考虑这些因素对壁厚计算的影响。
开孔补强是在管道上开孔时，为了保证管道的强度和稳定性，需要进行相关的补强计算。
开孔补强通常包括以下几个方面：1.开孔位置：开孔位置的选择要考虑管道壁厚和管道材料的强度，避免对管道的强度造成过大的影响。
2.补强类型：开孔补强可以通过焊接补强板、法兰补强等方式进行。
补强方式要根据具体情况选择，确保管道的强度和稳定性。
3.补强计算：开孔补强需要对补强部分进行计算，包括补强板的厚度、尺寸和连接方式等。
一般可以参考相关的标准和规范进行计算。
总之，压力管道壁厚及开孔补强计算是保证管道安全运行的重要环节，需要根据具体情况和相关标准进行合理计算。
通过科学合理的计算，可以确保管道在各种工况下的强度和稳定性，从而保证了工程的安全和可靠性。
关于压力管道支管补强计算的探讨
２ １ 年 ６月 ０１
化 工 设 备 与 管 道 Ｐ Ｏ Ｅ ＳＥ ＵＰ Ｎ Ｒ Ｃ Ｓ Ｑ ＩＭＥ Ｔ＆ ＰＰＮ ＩＩＧ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ３ １４ ．
Ｊｎ２ １ ｕ ． ０１
关 于 压 力 管 道 支 管 补 强 计 算 的探 讨
王 浪 云
（ 国石 化 集 团 上海 工 程 有 限 公 司 ， 海 中 上 ２０ ２ ） ０ １０
摘
要： 比较 了Ｇ ０ １－ ２０ （０ ８年版 ） Ｇ ／ ０ ０ 和 Ａ Ｍ ３ ． ＿２ ｏ Ｂ５ ３６ ０ ０ ２ ０ 、 Ｂ Ｔ２ ８ １ Ｓ ＥＢ １３ ｏ８中关 于压力管道 支管补强计算的
相 关规 定 ， 论述 了等 面积 补 强 法 的理 论 依 据 ， 明 Ｇ ／ ０ ０ 和 Ａ ＭＥＢ １３ 中认 为等 面积 补 强 法是 支 管连 接 的 说 Ｂ Ｔ２ ８ １ Ｓ ３ ． 最低 要 求 ， 其 适 用条 件 的 规 定 是 必要 的 。基 于 “ 对 当主 管 直径／ 度 比 Ｄ ／ ≥１０时 ， 求 支 管 直径 Ｄ 小于 主 管 直 厚 ０ 要
关 键 词 ： 力 管道 ； 支管 补 强 计 算 ； 标 准 压 中 图 分 类 号 ： Ｑ００ ２ Ｔ ２ Ｔ ５ ． ； Ｈ １３ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编号 ：１０ — ８ （０ １０ －０ ０ ３ ０ ９３ １ ２ １ ）３０５ － ２ ０
Ｄｉｃ ｓ ｉ ｎ ｏ ｉ ｆ ｒ ｅ ｅ ｔ Ｃａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｆ ｒ Ｂｒ ｎ ｈ ｉ ｅ ｓ ｒ ｉ ｉ ｇ ｓ ｕ ｓｏ ｆ Ｒｅ ｎ ｏ ｃ ｍ ｎ ｌ ｕ ａ ｉ ｏ ａ ｃ ｎ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｐ ｐ ｎ ｏ
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使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题-2019年文档
使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题-2019年文档使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题0 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。
计算软件中的等面积补强法是指单个开孔的等面积法，联合补强法是指多个开孔的等面积法。
等面积法是开孔补强计算方法中最广泛应用的计算方法，该法是以补偿开孔局部截面的一次拉伸强度作为补强准则的，是以无限大平板上开有小圆孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过限制开孔形状，长短径之比和开孔范围（开孔率）间接考虑的[2]，使用该法应考虑开孔是否满足GB150.3-2011中6.1.1的规定。
压力管道壁厚及开孔补强计算
支管：φ219×6判断是否可以使用焊接支管支管材料支管许用应力MPa 支管厚度减薄附加量C1t mm 支管厚度附加量Ct mm 支管焊接接头系数Ej 支管轴线与主管轴线的夹角α1°补强板材料与主管材料的许用应力比fr 非圆形开孔长直径d1mm 支管计算厚度tt mm 开孔补强所需的面积A mm 2补强区有效宽度B mm 主管外侧法向补强的有效高度h1mm 主管多余金属面积A1mm 2支管多余金属面积A2mm 2焊缝金属面积A3mm 2
除补强圈以外的多余金属面积A1+A2+A3mm
2判断是否使用补强圈补强补强板的外径Dr mm 补强板名义厚度tr mm 补强板的材料补强板许用应力MPa 补强板厚度减薄附加量C1r mm 补强圈金属面积A4mm 2总的多余金属面积A1+A2+A3+A4mm 2
3147.880.51.821937.7624.75380.03162.361218560.39计算条件
2587.49Q235B
1200.50.9需要使用补强圈
444Q235B
合格可以使用焊接支管208.81417.62120补强计算结论
0.8
901
开孔补强计算。
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。
压力管道开孔补强分析精品资料
压力管道开孔补强分析胡长庆陈凌(中冶赛迪公司动力设计部动力研究室重庆400013 )[摘要]针对冶金行业大管道开孔的补强，本文通过Ansys11.0对冶金行业中常见的人字接管和斜接管进行了补强分析，详细比较了不同补强方式对接管结构应力集中的影响，为冶金行业接管补强的选择提供了理论依据，具有较为重要的意义。
[关键词] 人字接管斜接管等面积补强控制变形补强1 引言管道结构广泛应用于冶金、动力、石油、化工及机械等行业，是许多工厂的重要组成部分。
为了满足使用需要，管道上通常需要开孔接管或连接三通，这样就造成管道的不连续，局部存在应力集中。
对于冶金行业来说，存在大量管道与管道之间的斜接以及连通结构，这些结构形式相对比较复杂，在研究中除了考虑载荷工况、直径大小外，还需要考虑接管交角对结构强度的影响，目前对其的应力分析主要靠经验进行[1,2,3]；另外，冶金行业里的接管大都直径较大，管道开孔相贯处的强度削弱极为明显。
因此，研究管道开孔的补强，是具有较为重要的实际意义的。
本文以两个工程实例[4,5]为对象，对冶金行业中常见的人字接管和斜接管的开孔补强进行了详细的分析，为冶金行业接管补强的选择提供了理论依据。
2 研究背景开孔补强设计是压力容器设计[6]中的一个重要部分，开孔除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，由于结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力集中，导致该区域薄弱而易发生失效，给压力容器的安全运行带来隐患甚至出现事故。
在冶金工程的管道设计中，管道往往开孔就是大开孔，或者接管主管等直径，或者接管比主管略小，在这些情况下，接管和主管的相贯处强度削弱极为明显[7]。
图1为宝钢工程中煤气管道两种典型的接管方式示意，(a)为人字接管，(b)为斜接管。
图中(a)、(b)所示接管均为大直径接管，(a)中利用人字接管将DN2200的大管分成两段DN1200的小管，(b)中利用DN1600的30°斜接管连接DN1800和DN1600的两段管道。
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压力管道设备开孔补强计算方法探讨
发表时间：2019-05-23T11:32:04.523Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：国健
[导读] 对几种常用的补强方式进行了对比研究，主要包括补强板、补强管和焊台补强三种形式。
中石化第十建设有限公司山东青岛 266555
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。
关键词：压力管道；设备；开孔补强；计算方法；
压力管线开孔接管和补强结构作为管道系统中常用的结构方式，在石化领域广泛应用。
在对国内外开孔补强设计的主要原则进行分析后，对几种常用的补强方式进行了对比研究，主要包括补强板、补强管和焊台补强三种形式。
一、开孔补强理论概述
管道开孔并带有接管后和未开孔管道相比，引起了三个问题，即:一是由于开孔而使主管承载截面积的削弱，其值为d iδn；二是主管上因开孔而引起的孔边应力集中，其存在范围(从接管外侧起量)，大致为d i/2;三是因接管和主管构成了不连续结构，因而在主管上引起了附加的不连续应力，其存在范围(从接管外侧起量)，大致和不连续应力的衰减范围成正比:这三者对主管管体(对接管，则是从主管表面起的接管不连续应力存在范围内接管应力增大)的最终影响是，在接管周围一定范围内应力的增大，暂不讨论如何对这些应力进行分类，接管周围应力的增大总会降低壳体的承载能力，所以必须“补强”。
二、开孔补强设计方法
1.等面积补强。
GB50253《输油管道工程设计规范》5.4.9所介绍的补强计算法即为等面积补强法，也是目前计算压力管道开孔补强最常用的一种计算方法。
等面积补强法从补强角度讲，壳体由于开孔丧失的拉伸承载面积应在孔边有效补强范围内等面积的进行补强。
当补强材料与壳体相同时，所需的补强面积就与壳体开孔削弱面积的强度面积相等。
等面积补强法是以补强开孔局部截面积的拉伸强度作为补强准则的，为此其补强只涉及静力强度问题。
等面积补强的力学基础是无限大平板开小孔，忽略了开孔处应力集中和开孔系数的影响，粗略的认为在补强范围内补强金属的均匀分布降低了孔边缘的应力集中作用。
对于开孔边缘的二次应力的稳定性问题是通过限制开孔形状和开孔范围加以考虑的。
等面积法基于无限大平板开孔小孔的假设,未能体现局部弯曲应力影响,这种基于板壳理论的简化方法,不适合大开孔的计算,因此GB50253规定开孔直径不大于主管直径的1/2。
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。
3.有限元分析法。
使用ASME法计算分析了一受内压模型压力管道大开孔补强结构,用极限分析法求出其极限载荷和设计载荷,并用分析设计法进行了验证，是一种安全可靠的计算方法。
但是如采用有限元分析,对设计人员要求高,如果从设计成本、人员资质和效率上考虑，有限元分析法很难满足工程要求。
三、压力容器的开孔补强计算
压力容器的开孔补强计算方法主要采用的是等面积补强法，其指导思想是使简体上多余金属的截面积A1、接管上多余金属的截面积A2、焊缝金属的截面积A3之和作为有效补强范围内补强的截面积Ae。
若Ae大于等于因开孔而削弱的截面积A，则开孔不需要补强；若Ae 小于A，则开孔需要补强，需要补强的面积A4>A—Ae。
该方法使用的开孔范围为，当筒体内径Di≤1 500 mm时，开孔最大直径d≤Di／2，且d≤520 mm；当简体内径Di>1 500 mm时，开孔最大直径d≤Di／3，且d≤1 000 mm。
四、算方法比较
按照压力容器开孔补强方法和按照压力管道设备有关标准要求进行补强的基本理论都是以等面积补强法为基础的，最大的不同在于前者属于压力容器范畴，而后者则不属于压力容器范畴。
1.适用的开孔范围不同。
如果按前者方法计算，当筒体内径Di≤1 500 mm时，开孔最大直径d≤Di／2，并且d≤520mm；而当筒体内径Di>I 500 mm时，开孔最大直径d≤1／3D。
，并且d≤1 000 mm。
也就是说，对于较大的开孔，这种计算方法是不适用的。
而采用后者计算方法就没有这个限制，例如用文献来计算开孔接管直径与简体相同的设备、等径的清管三通等是可行的。
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。
3.有效补强高度不同。
采用前者方法的有效补强高度按式(2)和式(3)计算，并分别取式中较小者。
而采用后者方法计算时则分为两种情况，如果是挤压引出接管的补强。
那么有效补强高度H=；如果是焊接接管的开孔补强，那么有效补强高度H=。
在实际计算中。
两种计算方法得到的有效补强高度相差不小．对最终计算结果影响也较大。
对于挤压引出接管的补强，同属压力管道设备标准的文献[3]和文献[4]的要
求也有所不同。
文献中规定，挤压引出口接管所需的补强面积按式(7)求得，且对K的取值条件进行了规定。
也就是说，按照文献[4]，当开孔接管与简体的直径比小于0．6时，需要乘以一个小于1的系数，开孔接管直径相对于简体越小，这个系数就越小，而文献中就没有这个规定。
若开孔接管相对比较小，该区别对计算结果会有较大的影响。
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。
参考文献
[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.。