壓力容器設(shè)計中開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計的應(yīng)用研究

楊坤

山東興泰機(jī)械裝備工程有限責(zé)任公司 山東臨沂 276017

1 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計概述

1.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

在將開孔操作應(yīng)用于壓力容器后，容器的抗壓強(qiáng)度在開孔周圍中不可避免的會有所降低，而在對其提升的過程中，就形成開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在不同的施工環(huán)境中，壓力容器的制作通?？梢詫Χ喾N材質(zhì)材料進(jìn)行應(yīng)用，此時必須將多種小孔預(yù)留在外壁上，在這一過程中，會導(dǎo)致整體抗壓強(qiáng)度在壓力容器中有所降低，而此時各種問題也將在使用壓力容器的過程中產(chǎn)生，其使用的時間也將被縮短。

1.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計計算

在設(shè)計開孔補(bǔ)強(qiáng)的過程中，設(shè)計質(zhì)量會受到應(yīng)力、補(bǔ)強(qiáng)方法等的影響，與此同時，另一個重要的影響因素就是開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計計算。A1+A2+A3≥A是主要的設(shè)計方法。其中，殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積用A1來表示；而接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積用A2來表示；在焊接補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的過程中，會因為焊接而產(chǎn)生焊縫截面積，這一面積就用A3來表示；而開孔過程中，壓力容器在開孔處削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積用A來表示。因此，從上述公式中可以發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)強(qiáng)是壓力容器設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，同時在對補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計確定的過程中，也應(yīng)從多個角度出發(fā)展開分析和計算[1]。

2 壓力容器設(shè)計中開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計的應(yīng)用

2.1 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計的應(yīng)用

補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)方式的應(yīng)用主要是為了強(qiáng)化局部補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)的效果。在實際應(yīng)用中，要先將補(bǔ)強(qiáng)板焊接在容器壁上，充分利用容器壁的金屬厚度實現(xiàn)強(qiáng)度的提升。而在補(bǔ)強(qiáng)圈焊接時，應(yīng)在外部實施作業(yè)，這樣既可以降低施工難度，也可以增強(qiáng)壓力容器的抗壓能力和耐久性。在應(yīng)用補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計時，需要注意的內(nèi)容主要有：

首先，嚴(yán)格控制補(bǔ)強(qiáng)板厚度。在補(bǔ)強(qiáng)板選擇及其厚度確定上，設(shè)計人員需要嚴(yán)格按照容器規(guī)格、開孔要求以及補(bǔ)強(qiáng)特點予以確定。通常情況，補(bǔ)強(qiáng)板厚度應(yīng)控制在容器開孔厚度的1.5倍左右，如果超出這一范圍，很容易在焊接施工中產(chǎn)生不必要的間接應(yīng)力，破壞連接效果。在補(bǔ)強(qiáng)板材料的選擇上，一方面要對其延展性和可塑性予以充分考慮，另一方面還需對其強(qiáng)度實行把控，保證其低于

40 0MPa。

其次，結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)圈的使用范圍合理選擇補(bǔ)強(qiáng)圈技術(shù)。補(bǔ)強(qiáng)圈不適合應(yīng)用在高氧化性和腐蝕性的壓力容器中；不適用于溫差較大的壓力容器中；不適用于承受較大荷載的壓力容器中。所以在設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合壓力容器所處環(huán)境，合理選擇補(bǔ)強(qiáng)方式。在應(yīng)用補(bǔ)強(qiáng)圈的過程中，應(yīng)合理把控焊接開孔峰值應(yīng)力，確保其在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在對低合金高強(qiáng)度鋼容器進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)操作時，主要以局部補(bǔ)強(qiáng)方式為主，當(dāng)局部補(bǔ)強(qiáng)達(dá)不到既定要求后，才可更換成整體補(bǔ)強(qiáng)完成作業(yè)[2]。

2.2 厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用

厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)對壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計有著十分重要的影響，而厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用需要嚴(yán)格選擇厚壁接管材料，充分考慮壓力容器運行環(huán)境、殼體材料性質(zhì)等對厚壁接管材料的影響，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來選擇材料。在設(shè)計厚壁補(bǔ)強(qiáng)時，主要采用鍛件加工或者具有要求厚壁不大、造成較小壓力的無縫鋼管，通過選取這樣的材料能夠確保整個工程建設(shè)順利實施，減少施工誤差的出現(xiàn)。

同時，為了能夠緩解殼體材料的應(yīng)力比補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)力高情況下的應(yīng)力不足現(xiàn)象，可以適當(dāng)?shù)脑黾友a(bǔ)強(qiáng)面積。相反，如果殼體材料的應(yīng)力比補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)力低，則是需要提升應(yīng)力的協(xié)調(diào)性，由此來縮小補(bǔ)強(qiáng)面積。另外，為了能夠在壓力容器設(shè)計中更好的發(fā)揮出補(bǔ)強(qiáng)材料的功能作用，要將較高應(yīng)力區(qū)域作為焊接補(bǔ)強(qiáng)材料的關(guān)鍵位置。

2.3 整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計

開孔補(bǔ)強(qiáng)的意義在于使容器開孔位置的強(qiáng)度得到補(bǔ)充和提高。使材料開孔位置的質(zhì)量和強(qiáng)度得到優(yōu)化，保證被開孔的壓力容器的質(zhì)量以及整體性能。整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)方法和其他的補(bǔ)強(qiáng)方法相比，具有獨特的優(yōu)點和優(yōu)勢，比如：保證壓力容器處于較低的應(yīng)力狀態(tài)，保證不會出現(xiàn)新的應(yīng)力點，實現(xiàn)整體上極好的補(bǔ)強(qiáng)效果。但是，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)對客觀條件的要求也較高，相對苛刻，比如：必須保證殼體表面平滑過度，避免在容器過度位置出現(xiàn)較大的應(yīng)力，在實際的生產(chǎn)制造過程中，整體補(bǔ)強(qiáng)具有極好的補(bǔ)強(qiáng)效果，同時，對過渡焊縫等位置具有較高的要求，導(dǎo)致施工難度增加，工程的前期資金投入量增加，對設(shè)計人員和施工人員的專業(yè)水平提出了更高的要求，如果操作中的任何一個條件不能得到滿足，都會對壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)效果產(chǎn)生影響[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段，我國制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，對壓力容器設(shè)計進(jìn)行了規(guī)范，因此相關(guān)領(lǐng)域工作人員更應(yīng)當(dāng)加大對開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計的重視，促使開孔過程中對容器壁強(qiáng)度的影響降到最低，促使殼體上在開孔區(qū)域集中的局部應(yīng)力問題得到緩解。由此可見，在對壓力容器進(jìn)行使用的過程中，要想降低安全隱患，就必須對補(bǔ)強(qiáng)方式進(jìn)行合理的選取與應(yīng)用。