周金衛(wèi)(滄州大化集團有限責任公司設(shè)計所 河北 滄州 061000）

壓力容器為了使其使用功能得到發(fā)揮，就需要進行開孔，開孔是對容器本身的開發(fā)與改造，隨著開孔施工的進行，難免會對容器自身造成破壞性影響，影響容器的強度與牢固度，壓力容器的整體性能也可能遭到影響，為了減少容器破壞，實現(xiàn)開孔的順利進行，進行補強設(shè)計，加強開孔補強設(shè)計，常見的補強設(shè)計主要有：補強圈設(shè)計法與整體補強法。不同的補強設(shè)計法能夠產(chǎn)生不同的效果，必須根據(jù)開孔需要以及壓力容器的材質(zhì)等來優(yōu)選補強方法，要明確不同補強方式的優(yōu)勢特征，所適合的壓力容器類型，經(jīng)過全面的衡量與考察后，做出最優(yōu)選擇。

一、補強圈補強設(shè)計在壓力容器中的應(yīng)用

壓力容器的開孔補強方式很多，主要分為整體的補強和局部的補強，后者被廣泛實踐和應(yīng)用，補強圈補強為主要的補強設(shè)計方法，也就是在壓力容器的表面焊接補強板，以此來確保即將設(shè)孔地方的金屬不斷增厚，以此來確保正確開孔，達到科學(xué)補強的效果。

根據(jù)壓力容器實際的制作過程、加工工藝性質(zhì)等等，能夠推導(dǎo)出：在容器壁外部來焊接補強板通常要更容易、更加利于操作，所以，在實際的開孔補強操作實踐中也能夠得出，外部焊接補強板也能夠更好地提升壓力容器的強度、韌性和耐力，特別能夠增強開孔處的抗疲勞能力。

在使用補強圈進行補強設(shè)計過程中需要明確一下幾大方面：

第一，重點關(guān)注補強板的厚度，優(yōu)化其厚度設(shè)計。一般來說，補強板的厚度應(yīng)該小于壓力容器開孔地方厚度的1.5倍，經(jīng)過大量的實驗實踐最后顯示：

當補強板的厚度>開孔處厚度1.5倍時，因為厚度超標，在補強板焊接過程中，焊接角勢必要增大，從而造成不連續(xù)應(yīng)力的上升。而且要確保所選擇的補強板具有合格的延伸性、韌性與可塑性，所選擇的補強板材質(zhì)的屈服度在正常溫度下，通常應(yīng)該小于400mPa。

第二，當出現(xiàn)下面的情況和問題時，不應(yīng)該采用補強圈補強設(shè)計方法：

當壓力容器處于溫度變化幅度較大、容易發(fā)生腐蝕或容易被氧化的環(huán)境中時，則不應(yīng)該選擇補強圈這種補強設(shè)計方法，而且當出現(xiàn)承受載荷容易發(fā)生變化等問題時，也不應(yīng)該選擇這種補強方式。

因為充當補強板的金屬多數(shù)居于開孔峰值應(yīng)力位置，此處補強程度較高，因此，補強圈補強適合用在合金程度較低、強度較高的鋼質(zhì)容器中。

如果壓力容器對補強質(zhì)量需求較高，而且這種局部補強的方法已經(jīng)無法滿足補強的需求，則要盡量選擇整體補強模式。

二、整體鍛件補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用

所謂的開孔補強設(shè)計就是要對容器開孔處的強度進行補充和強化，提高開孔處材質(zhì)的質(zhì)量、強度和等級，只有這樣才能維護被開孔的壓力容器的質(zhì)量，保持其完整性。同補強圈等補強方式相比，整體鍛件補強技術(shù)具有獨到的優(yōu)勢和優(yōu)點，具體體現(xiàn)在:它能夠確保容器外殼的應(yīng)力水平降至最低，也就是幾乎不會出現(xiàn)新的應(yīng)力點，從整體上發(fā)揮最佳補強功效。然而，整體鍛件補強設(shè)計對于客觀條件的要求也更多，特別對殼體的過渡通常有更多的要求，需要確保殼體的平緩過渡，要嚴格預(yù)防在過渡地帶殼體的某一端出現(xiàn)過多的應(yīng)力，現(xiàn)實的生產(chǎn)加工制造中，事實證明，整體鍛件補強雖然總體上的補強效果最優(yōu)，然而對于過渡焊縫等各方面的要求也更高，這樣無疑就加大了施工難度，擴大了施工成本，這無疑會對具體設(shè)計施工過程中的技術(shù)水平要求更高，一旦某一項條件不允許，都會影響壓力容器補強設(shè)計的效果。

三、厚壁接管補強設(shè)計的使用

同其他補強設(shè)計一樣，厚壁接管補強設(shè)計同屬于重要的補強設(shè)計方式，這一補強方式運用過程中，最重要的就是加強對接管材料的選擇，可以說接管材料的選擇直接影響到補強效果。

可以參照殼體材料的特點、性質(zhì)、功能等來進行優(yōu)選和設(shè)計，一般來說，要確保接管補強材料的材質(zhì)同壓力容器殼體材料性質(zhì)保持一致，這樣才能全面維護金屬的材質(zhì)的融通性。

參照我國相關(guān)的規(guī)章制度，在選擇厚壁接管補強方法時，要確保接管材質(zhì)強度等級同被開孔容器材質(zhì)強度等級保持一致，一些人主觀上認為接管材料的強度等級應(yīng)該更高，然而，經(jīng)過大量的實驗研究表明，這種主觀想法是錯誤的，強度等級過高的接管材料不能夠發(fā)揮正面的補強功效，甚至?xí)a(chǎn)生不良的負作用，這必將在整體上耽擱容器結(jié)構(gòu)的牢固度與穩(wěn)定性，相反，如果所選擇的接管材料強度等級較低，則需要對接管壁做增厚處理，只有這樣才能帶來良好的補強效果，而且也需要適度地控制接管流通面，經(jīng)過多重操作，容器的整體補強效果也會受到不良影響，這樣不僅增加了施工工序，也使得開孔補強效果難以控制和確保，從而有損于容器功能與作用的發(fā)揮。

為了改變這一狀態(tài)，可以引入無縫鋼管技術(shù)，也可以使用鍛件加工技術(shù)，來優(yōu)化厚壁連接補強技術(shù)，依托于這兩種技術(shù)，容器補強的誤差能夠得到有效控制，如果補強設(shè)計的壓力很小，對于補強的質(zhì)量與效果要求相對較小時，因此可以采用厚度適宜的無縫鋼管，相反，則應(yīng)該選擇鍛件加工技術(shù)。

而且經(jīng)過實踐研究表明：厚壁接管在每條路徑中都承受著較大的應(yīng)力強度，要想積極解決這一問題，就要引入內(nèi)伸管，所選擇的內(nèi)伸管的長度大小會在很大程度上影響接管的應(yīng)力強度，一般情況下，內(nèi)伸管越長，接頭地方的應(yīng)力強度則越小，而且通過引入內(nèi)伸管，也能夠發(fā)揮增強補強的功能。

總結(jié)

開孔補強設(shè)計是壓力容器補強設(shè)計工作的重要組成環(huán)節(jié)，要想確保壓力容器開孔后依然能夠保持原有的強度和功能，就要優(yōu)選補強設(shè)計方式，并明確不同補強方式的優(yōu)點、優(yōu)勢以及所適合的開孔補強類型，同時也要結(jié)合壓力容器的材質(zhì)、強度等多方面因素進行綜合考慮，選擇最優(yōu)的補強設(shè)計方式，只有這樣才能全面提升壓力補強的設(shè)計功效。

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