顧翠華

摘要：在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，壓力容器的應(yīng)用非常廣泛，壓力容器的合理設(shè)計(jì)有利于生產(chǎn)安全的保證，同時(shí)也有利于壓力容器功能的更好實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，擴(kuò)孔補(bǔ)強(qiáng)是在壓力容器設(shè)計(jì)過程中有效應(yīng)用的方法之一。選擇的入口點(diǎn)是整體鍛件的加強(qiáng)，加強(qiáng)環(huán)的設(shè)計(jì)以及厚壁噴嘴的加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)計(jì) 開口加固技術(shù) 整體鍛造 厚壁噴嘴

引言

在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，開孔非常重要。開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用有利于容器整體質(zhì)量的提升。在壓力容器工作的過程中，設(shè)備由于內(nèi)部壓力的變化，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)一定程度的變化，而且由于設(shè)備的局部承受能力不足，很可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的出現(xiàn)。進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用研究在提升壓力容器設(shè)計(jì)效果方面很有必要。

一、補(bǔ)強(qiáng)圈

加強(qiáng)方法的局部加強(qiáng)是廣泛使用的設(shè)計(jì)方法，并且通過使用補(bǔ)強(qiáng)圈加強(qiáng)方法可以有效地實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。補(bǔ)強(qiáng)圈方法是一種將補(bǔ)強(qiáng)圈焊接到壓力容器壁上從而增強(qiáng)厚度以提高壓力承受能力的方法，同時(shí)由于是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有更好的穩(wěn)定性，常見的結(jié)構(gòu)見圖 1。再加上焊接通常只能在外部進(jìn)行，操作較為方便，質(zhì)量檢測(cè)也便于開展[1]。

根據(jù)容器的規(guī)格，設(shè)計(jì)人員必須以所需的方式進(jìn)行有效的加固，然后根據(jù)容器開口的相關(guān)要求和加固的特定特性來計(jì)算和確定加固板的厚度。正確選擇加固板的材料非常重要，并且需要確保所選材料在使用過程中具有延展性和可塑性。

化工企業(yè)常用的化學(xué)容器的使用環(huán)境一般是腐蝕性和氧化性的，使用過程中的溫差變化很大，因此不宜使用補(bǔ)強(qiáng)圈來增強(qiáng)。如果壓力容器承受較大的負(fù)載，則不宜使用加強(qiáng)環(huán)進(jìn)行加強(qiáng)。控制補(bǔ)強(qiáng)圈的金屬間焊接的峰值應(yīng)力范圍非常重要。僅當(dāng)將效果控制在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)，才能改善效果[2]。

二、厚壁接管加固方法

在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，不能忽略開口加固方法中的后壁連接加固方法，但是在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)后壁連接材料的選擇和厚壁連接材料的選擇提出了很高的要求，壓力容器見圖 2。連接材料產(chǎn)生壓力因素例如容器的工作環(huán)境相對(duì)較多，并且殼材料緊密相關(guān)。應(yīng)使用相同的增強(qiáng)材料和壓力容器外殼以增強(qiáng)效果。如果增強(qiáng)件的應(yīng)力低于殼體材料的應(yīng)力，則必須使用合適的增強(qiáng)件來解決應(yīng)力不足的問題。加固區(qū)域。如果加固的應(yīng)力大于護(hù)套材料的應(yīng)力，則必須減小加固地面積以改善應(yīng)力的協(xié)調(diào)性。

為了提高加固在加固工作中的性能，有必要將焊接加固過程中高應(yīng)力的位置作為關(guān)鍵，并且其位置應(yīng)靠近開口[3]。計(jì)算加固面積時(shí)，只需減去有效加固面積即可。在應(yīng)用厚壁管加固技術(shù)的過程中，如果加固板比殼管材料高，將嚴(yán)重影響壓力容器的性能并達(dá)到功能匹配。但是在實(shí)際加固過程中發(fā)現(xiàn)該操作受到了限制，主要是因?yàn)楣艿啦牧系膹?qiáng)度較高，焊接工作的難度提升，焊接質(zhì)量無法有效保證，這樣就導(dǎo)致了增強(qiáng)效果并不能達(dá)到預(yù)期。

選擇管道材料時(shí)，以外殼本身的材料為標(biāo)準(zhǔn)，如果管道材料的強(qiáng)度低于外殼材料的強(qiáng)度，則要增強(qiáng)加固效果，則需要增加管壁的厚度。另外，可以很好地控制和有效控制噴嘴的流通面積，使焊接過程更加方便，最后可以實(shí)現(xiàn)壓力容器的加固效果。

三、綜合鍛造補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

在設(shè)計(jì)過程中，還可以采用整體鍛造技術(shù)來增加強(qiáng)度，這一技術(shù)的應(yīng)用是利用整體補(bǔ)強(qiáng)，降低開口帶來的強(qiáng)度變化影響，對(duì)整體的壓力進(jìn)行平衡。此時(shí)，如果殼體的應(yīng)力平衡，則整個(gè)鍛造結(jié)構(gòu)就會(huì)滑動(dòng)。針對(duì)這一現(xiàn)象，還揭示了整體鍛造補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的重要意義。應(yīng)特別注意運(yùn)轉(zhuǎn)的殼體和鍛件，這是應(yīng)用此技術(shù)時(shí)要做的第一件事。整個(gè)執(zhí)行過程相對(duì)復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，就必須進(jìn)行合理的分析，而且需要認(rèn)識(shí)到每一種方法的優(yōu)先與缺點(diǎn)，這種技術(shù)雖然能夠有效加固，但是整體焊接難度大，必須控制局部應(yīng)力，因此常常用于一些特殊的壓力容器設(shè)計(jì)與開孔補(bǔ)強(qiáng)過程中。

如果僅選擇噴嘴，焊頭焊接位置和噴嘴厚度方向作為入口點(diǎn)，則在所有鍛件中，增強(qiáng)應(yīng)力值最小，應(yīng)力集中在焊頭中。在該位置，沿著頭部的壁厚方向，并且在增強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度的方法上沒有明顯差異。當(dāng)采用厚壁連接方法時(shí)，可以很容易地分析出，相對(duì)較低的強(qiáng)度應(yīng)力經(jīng)常出現(xiàn)在連接的頂部，并且在其他位置出現(xiàn)的大多數(shù)應(yīng)力相對(duì)較大。內(nèi)延長管的強(qiáng)度隨著其增加而持續(xù)降低。如果內(nèi)部伸長率大于一定長度，則在接合位置處的應(yīng)力會(huì)大大降低，而同時(shí)會(huì)發(fā)生更大的位移[4]。

四、特殊設(shè)計(jì)

在加固壓力容器的過程中，一般采用等面積加固設(shè)計(jì)方法，主要是為了確保加固的截面積大于有效開口的損失面積。可以將理論模型視為不受面積限制的平板開口，并且不存在會(huì)增加偏差的過度彎曲。

分析和設(shè)計(jì)方法的模型是假設(shè)外殼和噴嘴為整體的結(jié)果，因此，在這種情況下應(yīng)用時(shí)，必須確保焊接接頭的熔深力和質(zhì)量。該方法主要基于彈性分析和幾何極限的建議設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，從而可塑性足夠，循環(huán)載荷最大，并且在打開操作期間可確保最大的安全性。

五、結(jié)束語

開口補(bǔ)強(qiáng)方法在壓力容器的實(shí)際設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用。為了避免開放處理對(duì)整個(gè)容器外殼的強(qiáng)度和盡可能多的局部應(yīng)力集中的影響。對(duì)于大問題，需要特別注意開口加固的設(shè)計(jì)，以使壓力容器在實(shí)際應(yīng)用過程中避免潛在的安全隱患。通過使用不同類型的開口設(shè)計(jì)解決方案，并通過對(duì)合理的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行具體的分析和研究，可以盡可能避免不必要的損壞，并最終創(chuàng)造出良好的性能，壽命和整體質(zhì)量的壓力容器。

參考文獻(xiàn)：

[1]張磊，曹“.開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].石化技術(shù)，2020，27（03）：221-222.

[2]張旭，王麗萍.開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].化工管理，2019（36）：126-127.

[3]何禹.淺談開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2019（11）：134-135.

[4]葛建社.開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中外企業(yè)家，2019（12）：141.

（作者單位 ：江蘇恒德力化工設(shè)備制造有限公司 ）