压力容器大开孔补强问题探讨VIP

一 1 0 论文广场 石 油 与 化 工 设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 压力容器大开孔补强问题探讨 孟智慧，毕冬利 ( 内蒙古科技大 学机械工程学院 ， 内蒙古 包头 Ol 4 01 0 ) 摘要介绍了压力面积法在压力容器大开孔补强中的运用，对其实质进行了探讨。对压力面积法与等面积法的异同进行 了分析，对压力面积法应用于大开孔补强设计中应注意的事项进行了论述。 关键词压力容器；大开孔补强；压力面积法；等面积法 为满足工艺要求 ，压力容器上开孔是不可避 免的，有时甚至要 开大孔 。容器开孔后 ，不仅会 削弱整体强度，而且还会引起 应力集 中造成开孔 边缘局部应力过高。当开孔直径较大 时，孔周边 将会 出现较大的弯 曲应力 ，大直径薄壁容器开大 孔 时尤为突出。因此压力容器 设计 中必须充分考 虑开T L I, 强问题，特别是大开孔的补强问题 。 对 大 开孔 问题 的处 理 ，因开 孔直 径 已超 出 GB1 5 0 一 l 9 9 8 钢制压力容器中允许的范 围，不 能按 国标规定 的方法做补强计算 。 目前，较常用 的大开T L t- 强 的计算方法主要有 ：压力面积法 、 等面 积法 和有 限元计 算等 方法 。有 限元法 虽然 计算精度 高，能较真实地 反映结构 中的应 力分布 情况和应力值 ，能适应各种结构分析，但对设计 的软、硬件条件要求较 高，在工程设计 中不够简 便，因此应用并不广泛 。压力面积法和等面积法 虽然 都是一种经验的设计方法 ，对不同直径 的开 孔会有不 同的安全系数 ，但 由于简单易行 ，具有 长期 的实践经验 基础 ，所 以在工程 设计 中应用极 为广泛 。 1压力面积法 GBl 5 0 1 9 9 8 钢制压力容器 1 中对一定开 孔范围的柱壳容器 ( 当其 内径 1 5 0 0 m m 时，开 孔最大直径d 且开孔直径 d 1 5 0 0 ra m时，开孔最大直径 d ： 1 D z 至 d _ 5 4 0 Mp a 的材料。采用压力面积法进行补强的接管 不宜用在介质对压力敏感的场合；在开孔较大时， 还应避免用于可产生蠕变或有脉动载荷的场合。 此外 ，在使用压力面积法 时还应注意接管的 壁厚不宜超过壳体厚度 的2 倍。因为HG 2 0 5 8 2 1 9 9 8 对接管厚度方 向补 强的有效范围作了如下规定： 当接管厚度 ( 6 一 C ) 或 ( 6 ， 一 C C 2 )大于壳体厚度 ( 15 一 c ) 的2 倍时，接管的有效厚度按2 f 6 一 c 计算， 超过此范 围的金属 部分计入承压面积 。因此 ，当 简体壁厚和接管 内径一定时，接管壁厚 由小到大 l 1 l 逐渐增加到简体壁厚的 2 倍时， l + P 值则由 大到 I z I 小急剧下降，降低的幅度很快；当接管壁厚从2 倍 l 1 I 简体壁厚再增加时， l半 + P 值的降 低幅度非常缓 I z I 慢，几乎处于不变状态。图2 是 = 6 5 0 ra m，6= 1 4 m m 的简体上接 = 4 5 0 m m的接管，接管的壁厚由0 5 至 l 1 l 3 倍筒体壁厚时 I + P值的变化情况。所以，为 J 2 I 了充分而有效地利用补强金属 ，当接管壁厚达 到 壳体厚度2 倍时，若补强仍不能满足要求，则应适 当增加壳体的厚度 ，然后再调整接管壁厚，而不 能一味地盲 目增加接管壁厚。 3结束语 对于 比较重 要的场合 ，例如有安全性要求 的 大开孔容器设计 ，应采用特别谨慎的做法 ，除按 压力面积法设计后还应用有 限元法进行校核 ，设 计时应尽量考虑 已有的设计或使用成功经验 。在 条件 许可 的情况下 ，用水压实验进行实际压力 的 测量，可 以更加可靠地验证设计 ，这一方法值得 提倡 。 参考文献 1 】 G B1 5 0 8 9 ，钢制压力容器及标准释义口 2 章春亮，张康达，钱逸等 内压柱壳容器大开孔补强探讨 【 J 】 石油化工设备，1 9 9 0 ，1 9( 4 )：1 0 1 5 3 】成青 压力面积法 开孔补强 设计 方法分析 J 石油化工设 备技术，1 9 8 7