毕业设计（论文）-DN1200氨吸收塔设计.doc

南华大学机械工程学院毕业设计目录全套图纸加扣 3012250582目录1引言1第一章 工艺计算21.1吸收剂用量及吸收溶液深度21.1.1惰性气体流量21.1.2 最小气液比21.1.3最小吸收剂用量41.1.4吸收液浓度41.2泛液速度41.2.1 塔顶混合气体平均分子量41.2.2填料的选择51.2.3泛点气速51.3塔径的估算71.4液体喷淋密度的验算71.5填料层高度的计算81.5.1传质单元数的计算81.5.2传质单元数的计算81.5.3填料层的分段101.5.4填料层压降的计算10第二章 塔结构的设计122.1塔内件及附件的选择122.1.1除沫器的选择122.1.2填料支承装置的选择122.1.3液体分布器132.1.4液体再分布器142.1.5 裙座结构设计152.1.6 人孔的设计与选择162.1.7塔吊柱的选择162.1.8接管的选择192.1.9 接管法兰的选择192.1.10压力容器法兰的选择20第三章 塔的设计及强度校核213.1塔体和封头的厚度计算213.1.1材料的选择213.1.2筒体厚度的确定213.1.3封头壁厚计算223.2塔体载荷分析233.2.1质量载荷233.2.2自振周期的计算243.2.3塔体的风载荷及风力矩253.2.4地震载荷与地震弯矩的计算273.3塔体的强度及稳定性校核313.3.1 塔体的轴向应力313.3.2 轴向应力校核313.4 裙座的强度及稳定性较核323.4.1裙座各危险截面的校核323.4.2焊缝强度的校核333.5裙座基础环333.5.1 基础环内外径确定333.5.2基础环的厚度设计343.6地脚螺栓计算353.7水压试验时塔的强度和稳定性验算35第四章 开孔和开孔补强设计364.1开孔及补强说明364.2 开孔补强设计计算414.2.1 封头开孔补强设计计算414.2.2人孔开孔补强设计计算43第五章 主要制造工艺455.1 椭圆封头部件的制造455.2筒节的主要制造工艺455.3总装465.4 主要件的热处理475.5主要检验要求47参考文献：48附录一 外文原稿：49附录二 外文翻译：56谢 辞623引言在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计，塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都是相当高，在化工与石油化工行业投资比例在20-25%，化纤行业约占45%。若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。在70年代以前，板式塔占据据对对优势，随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，填料塔具有结构简单、压降小，且可用各种材料制造等优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。过去由于填料本体及塔内构件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不适宜安装塔板的小直径塔。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能，又保持了压降小及性能稳定的特点。在某些场合，还替代了传统的板式塔。随着新型塔填料的相继开发和应用，填料塔的优点更显突出，应用范围日益扩大，性能优良的填料塔以大量的应用于工业生产中。本设计在段小林老师的悉心指导下从2011年1月6日开始，经历了资料收集、设计方案论证及确定、图纸的设计、设计说明书的编写等过程。通过这次设计让我们了解了填料塔设备生产工艺的全过程，在过程设备的设计和制造上得到了锻炼，进一步巩固了专业知识，加强了和同学的知识交流，是大学四年所学知识的一次检验总结和巩固。限于本人水平、实践经验以及其他因素，本设计必定存在很多不足，望各位老师、同学批评指正。第 49 页 共 62 页 第一章 工艺计算1.1吸收剂用量及吸收溶液深度1.1.1惰性气体流量V(10.1)= (1-0.1) =350.4 1.1.2 最小气液比按设计条件中的平衡数据：表1.1.1氨溶夜的温度 /氨在溶液中的浓度/（kmol ）氨在气相中的平衡浓度/（kmol/kmol 空气）200023.50.0050.056260.010.010290.0150.01831.50.020.027340.0250.0436.50.030.05439.50.0350.074420.040.09744.50.0450.125470.050.156在XY坐标图上绘平衡曲线，如图1.1.1所示 图 1.1.1Y10.11 Y2Y1（1）0.111（10.95）0.00556可从图1.1.1中查得 Y10.111时的X值 X0.0425故得最小气液比()=2.481.1.3最小吸收剂用量故最小吸收剂用量L=()V2.48350.4869 而吸收剂用量为其最小用量的1.1倍，可得吸收剂用量 L1.1 L=1.1869=955.9 1.1.4吸收液浓度 从全塔范围内氨的衡算= 即：1.2泛液速度按塔顶情况计算。为了方便，操作温度、压强取平均会值。 气体千摩尔流量Vv=352.4 1.2.1 塔顶混合气体平均分子量M=MY+M式中 Ma空气平均分子量， Ma=28.84 MNH3氨气平均分子量， MNH3=17.03 Ya,2塔顶混合气中空气浓度，摩尔分率Ya,2=0.9943 YNH3,2塔顶混合空气中氨气的浓度，摩尔分率 YNH3,20.0057故得M28.840.9943+17.030.005728.77 气体密度V= 液体密度l=992.2 液体粘度1.004 mPas1.2.2填料的选择 经比较，选取选用50金属鲍尔环表1.2.1 50金属鲍尔环特性数据外径高厚比表面积a空隙率个数堆积密度干填料因子a/3湿填料因子/m-1/mmmm/m2m-3/m3m-3/个m-/kgm-3/m-1/m-150501112.30.94965003951281301.2.3泛点气速用贝恩霍根关联式计算 式中 u泛点空塔气速，m/s; G重力加速度，m/s2; a/干填料因子，m-1; ,气相，液相密度，kg/m3; 液相黏度，cP; L,G液相，气相流量 kg/h； A常数，见表1-2； 填料空隙率；表1.2.2由已知得，g=9.81 kg/s2, a/=294m-1, =1.12 kg/m3 , =992.2 kg/m3=100410-6Pas , L=17206.2 kg/h , G=10138.5 kg/h填顶气体的质量流量 WV=VvMm,2=352.428.77=10138.5 kg/h ;吸收剂是纯水，其质量流量为 WL=L=955.918=17206.2 kg/h 。 代入数据得：解得 u=3.6 m/s1.3塔径的估算按经验，适宜空塔气速u为泛点气速u的50%85%，取70%70% u=0.73.6=2.52m/s塔径D=1.18m .圆整后塔径取1200mm .核算空塔气速 u=2.45m/s=68% u符合要求。1.4液体喷淋密度的验算U=式中U 液体喷淋密度，m3/(m2h) ; LK 液体喷淋质量， m3/h ; D 塔料塔直径， m ; 为使填料能获得良好的湿润，塔内液体喷淋密度应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以U表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算，即U=(L)at式中U 最小喷淋密度，m3/(m2h) ; (L) 最小湿润速率，m3/(mh) ; At 塔料的总比表面积，m2/m3 ;对于直径不超过75mm的散装填料，最小湿注速率(L)为0.08m3/(mh)则U=0.08112.3=8.984 m3/(mh)而L=17.34 m3/h ; 实际液体喷淋密度U=15.4 m3/(mh) U故满足最小喷淋密度的要求。1.5填料层高度的计算1.5.1传质单元数的计算ZHOGNOG ；传质单元高度的计算V350.4 kmol/h ;KY=200 kmol/(m3h) ;所以传质单元高度Hog=1.55 m ;1.5.2传质单元数的计算根据（X1,Y1）和（X2，Y2）在图中作操作线，从图读出若干塔截面上的推动力（YY），并算出相应的，其结果列于下表表1.5.1YYYY0.005600.00561800.010.00150.0085117.60.020.0040.001662.50.030.0080.021546.50.040.0130.02737.00.050.0210.02934.50.060.0270.03330.30.070.0360.03429.40.080.0470.03330.30.090.0590.03132.20.100.0750.02540.00.1110.09150.091551.3标绘Y与的关系曲线，如图1.5.1所示。此关系曲线与YY1，YY2和0之间的面积为积分值。 图1.5.1，图解积分法求传质单元数由图知该面积为4.8，即NOG4.8 。故得填料层高度为 ZHOGNOG1.554.87.44 m 。根据经验公式，填料层的设计高度一般为Z=(1.21.5)Z式中 Z 设计时的填料高度 ； Z 工艺计算得到的高度 ； 因此 Z1.2Z1.27.448.9 m所以取填料层高度为9 m 。1.5.3填料层的分段液体沿填料层下流时，有逐渐向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。壁流效应造成填料层气液分布不均匀，使传质效率降低。因此，设计中，每隔一定的填料层高度，需要设计液体收集分布器，即将填料层分段。对于散装填料，一般推荐高度见表，表中的h/D为分段后高度与塔径比，h为允许的最大填料层高度散装填料分段高度推荐值表1.5.2填料类型h/DH/m拉西环254矩鞍环586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156取每段填料层高度为4.5m，分两段。1.5.4填料层压降的计算查表得填料因子130 m-1 ；液相密度校正系数 1 ；操作空塔速度 u=2.45 m/s ；横坐标 0.058 ；纵坐标 0.022（计算纵坐标时用u代替u）由Eckert压降通用关联图查知图1.5.3单位压降=119.8=107.8 Pa/m(填料)小于500Pa/m（填料）。因此满足要求。所以全塔填料层压降9107.8 Pa=970.2 Pa 。第二章 塔结构的设计2.1塔内件及附件的选择2.1.1除沫器的选择 出塔除雾沫器，选用丝网丝除沫器，固定在两块栅格板间构成。丝网层厚度一般取100 150 。选用100 标准型（N型）其物性如下表2.1.1堆积密度/kgm-3空隙率/%比表面积 K使用条件144982792950.1070.116所有场合丝网除雾装置直径D1由允许气速决定的。最大允许气速可按如下经验公式计算： U=K ；式中U 最大允许气速 m/s ；、 滴和气体密度 ；K 经验系数 ；U=0.11=3.27 m/s ；而空塔操作气速u=2.45m/s=74.9% U满足操作气速在75% 85% U要求2.1.2填料支承装置的选择选用由扁钢焊制的栅板作为填料的支承。由于塔径较大，选用分块式栅板。栅板由焊死在塔壁上的支承圈支持。且塔径900mm,因此需在支承圈下设加强肋板。填料支承结构尺寸见下表表2.1.2塔径Dg填料环直径栅板尺寸支承装置允许填料高度DHst支承圈宽厚肋板数1200508006010506010厚S1066Dg 图2.1.12.1.3液体分布器当塔径范围为DN1200mm，最常用是盘式液体分布器图2.1.22.1.4液体再分布器填料塔中，当填料层比较高时，塔中心处的填料常不能被湿润，被称为“干锥”现象。为消除此现象，常将填料层分段，层间设置液体再分布器。如下图所示一种应用最广的截锥式再分布器。它的设计尺寸参考表。表2.1.3倾角7090高 h1020%Dg锥口径D170%Dg锥壁厚s34图2.1.32.1.5 裙座结构设计1.裙座的形式：考虑到加工，制造方便，采用圆筒型；2.材料：选用Q235-B；3.裙座与塔体的连接：焊接接头采用对接式，如下图 图2.1.4 4裙座检查孔：采用B型长圆形孔；5地脚螺栓座：包括盖板、垫板和筋板及基础环。详见裙座部件图； 6.裙座排气孔、接管引出孔以及其他结构详见总装图和裙座部件图。2.1.6 人孔的设计与选择根据中华人民共和国行业标准钢制手孔和人孔选用“回转盖板式平焊法兰人孔” （HG/T 21516-2005）其形式如下图2.1.52.1.7塔吊柱的选择吊柱的方位和回转半径S应能使吊柱经人工推转使经过吊柱垂线可以转到人孔附近，还可以使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内件从塔平台外的场地上吊到塔平台上人孔处或从塔平台上的人孔处吊到塔平台外的场地上。因此吊柱的方位首先取决于人孔的方位。人孔方位是由管道专业根据设备布置和配管要求来确定的。根据压力容器与化工设备实用手册选用HG 5-1373-80-15吊柱其基本参数如下：S=900，L=3400，H=1000，=15910，R=750，e=250,l=110,重量234图2.1.6吊杆料为20号无缝钢管，其他材料为A3F钢。支座垫板材料与塔体材料相同。吊柱下端支承结构采用椭圆形封头。吊杆以整根管子作为计算依据的。若管子长度不够需要拼接时，应符合以下要求：1.只许拼接一处。2拼接位置只能在下图所示B至C，E至W之间。3. 焊接结构按图所示。焊缝系数取0.9. 图2.1.7封板用管子制作的的吊柱都焊有端封板，以防止雨水灌入引起生锈。封板上方开30的牵引孔。 吊钩常用的吊钩形式有三种，其中以圆钢弯成U形焊在吊杆上的形式最多，因此采用这种形式，其结构图如下图2.1.82.1.8接管的选择 排气管内气体的流速u取20 m/s 。 QV=0.0048 m3/s (液) QG2.51m3/s ; D=式中 D 管子直径；QV 流体的体积流量m3/s ;U 流体的流速 m/s ；气体的进出口管D=0.399 m选用DN350mm的接管工业供水速率 1.5 3 m/s,液体的进口管u取2m/sD=0.055m 取DN50的接管液体出塔速度取 1 m/s；则d=0.078m取DN80的接管。2.1.9 接管法兰的选择根据中华人民共和国标准GB 9112.2-2000选用PN0.6Mpa平面板式平焊法兰其结构如下图 图2.1.9具体尺寸如下表 接管名称公称通径DN 管子外径A 法兰外径D 螺栓孔中心直径K 螺栓孔径L 螺栓 法兰厚度C 法兰内经B 法兰理论重量kg数量n螺纹Th液体进口5060.31401101441661.51.51液体出口8088.91901501841890.52.95气体进出口350355.6490445221220359.514.32.1.10压力容器法兰的选择根据中华人民共和国标准压力容器法兰分类与技术条件即（JB/T 4700-2000）,根据设计工艺条件，可选用甲型平焊法兰根据JB/T 4701-2000确定其结构和尺寸 表2.1.9DND1D2D3D4HsAAtD螺栓柱规格螺栓柱数量120013151276125612536626516211827M2436图2.1.10第三章 塔的设计及强度校核3.1塔体和封头的厚度计算3.1.1材料的选择最高工作压力P=0.1Mpa设计压力P=0.11Mpa,属于低压吸收设备，一类容器；介质腐蚀性未提特殊要求，故选Q345R作为塔体材料。3.1.2筒体厚度的确定 先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。根据设计压力和液柱静压力确定计算压力塔内液柱高度仅考虑塔1液面高度h=1m，则液柱静压力为：=9929.81=0.0090.05P 故可以忽略则计算压力=+P=0.11MPa筒体厚度计算 （1） 按强度条件，筒体设计厚度 +C2 +C2 =0.47+4 =4.47 式中 Q345R在40时的许用应力，查标准为170MPa ; 塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，0.85 ； C2 腐蚀裕量，根据工艺条件，C24 ；（2）按刚度要求，筒体所需最小厚度 =2.4 ； 而按照规定，低合金钢容器不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3 ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3 ；综合以上以及考虑到此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不太大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度10，刚假设的塔体有效厚度 C1C210-0-46 ； 式中 C1 钢板厚度负偏差，由于GB713-2008压力容器用钢板和GB3531-2008低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，因此使用该标准中钢板厚度超过5时（如20R、Q345R、和16MnDR等），可取C1=0;3.1.3封头壁厚计算采用标准椭圆封头，刚 +4 4.46 ； 为便于焊接，取封头与筒体等厚，取=10 ；其尺寸及相关参数如表2.1.10表3.1.1公称直径DN1200总深度H325 内表面积A/1.6652容积V/m30.2545名义厚度/mm10EHA椭圆封头质量66.5kg3.2塔体载荷分析3.2.1质量载荷塔设备的操作质量塔设备的最大质量塔设备的最小质量筒休质量：查表得，1米高（10厚）筒节钢板质量为298； 1米高筒节的容积为1.131m3 ； 筒体质量 m1=14.425298=4298 ；封头质量：查表得EHA椭圆封头容积为0.2545m3 ； 质量（壁厚10）m2=128.3 ；裙座质量单位裙座质量为305kg ，裙座高度为3m。则为915kg；故塔体质量m1+m2+m3=4298+128.32+915=5469.6 ；塔内件质量： 填料质量体积堆积密度 （1.2）293954018 ； 其他内件质量约为50； 故4018+504068；保温层质量,0 质量0 ；操作平台（共五层，第层500）及斜梯（总高15m，每5m重125） 质量4500+31252375 ；为操作时塔内物料质量2%容积0.02（141.13+20.2545）1000326 ；为人孔，接管法兰等附件质量按经验公式取附件质量为=0.255469.6=1367.4偏心质量=0 综上 操作质量=5469.6+4018+0+2375+1367.4+0=13230；塔设备的最小质量=5469+0.24018+0+2375+1367+0=10015最大质量约等于操作质量=5469+4018+0+2375+16956+1367+0=29385充水质量1.2215103169563.2.2自振周期的计算分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台及外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底部刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁，其基本震型的自振周期按过程设备设计第二版 （7-5）式第一振型计算式：其中其中为塔单位高度上的质量即，所以=允许振动周期 式中 Q 总剪力 Q350181.27560 N；故实际振动周期未超过最大允许振动周期。3.2.3塔体的风载荷及风力矩风载荷 ；式中Dei 塔设备中第i段的水平风力，N； fi 风压高度变化系数 ； q0 各地区的基本风压 ，N/ ； li 塔设备各计算段高度，m ； K1 体型系数 ； K2i 塔设备中第i计算段的风振系数。K10.7； 塔高18m ，Di为1.2m时酌取K21.75 , 查表得 q0=3510-5 Mpa, fi值如下 对于3m10m段 =10-3=7m, 查表得 f1=1.0 ； 10m18m段 l2=18-10=8m, 查表得 f1=1.0 ； 塔体有效直径=+2+ , 式中 塔体外径， ； 塔体各段保温层厚度， ； 笼式扶梯挡风当量宽度， ； L1 计算塔段（同一直径）的高度； 对于斜梯取K3200；K42/li ，其最大值为一计算塔段8m中有两层平台，第层平台迎风面积为0.5，则 250 ； 为简化计算且偏安全计算，各段均取 Dei=1220+20+200+250=1670 ； 塔体各段风力： 310m段 =106 =0.71.750.00351.070001670 =5011N 。 1018m段 106 0.71.750.000351.080001670 5728N 。 塔底部分（11）截面弯矩 +（+） 式中 塔体11截面到标高10m处的距离， 10-37m 对应于段的风力。 5011+5728（7000+） 18.95106+66.19106 8.5107 Nm 。 裙座底部（00）截面弯矩 +（+） 式中 裙座底部到标高10m处的距离 ； 10m ； 对应于 段的风力 0.71.750.000351.0100001670 3252N ；3252+5728（10000+）9.87107N ；偏心弯矩该塔塔体上并未悬挂附属设备或其他附件，故偏心弯矩最大弯矩最大弯矩取和两者中的较大值。计算数据如表最大弯矩选择表3.2.1计算内容计算公式及数据00截面11截面22截面9.8107 8.4107 187148.7最大弯矩187108141082.13.2.4地震载荷与地震弯矩的计算当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的地震载荷。首先，选取计算截面（包括危险截面）。该课题中将全塔分为3段。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2；塔体分段如图3.2.2所示，将塔体分为三段分别为0-0，1-1和2-2，其基本参数为表3.2.2计算内容01122塔顶各段操作质量mi,246632503714各点距地面高度hi,2000650012000图3.2.2A=对于0-0段：=246620001.5=2.2108对于1-1段：=325065001.5=1.7109对于2-2段：=3714120001.5=4.9109A=+=6.8109B=对于0-0截面：=246620003=1.9103=21013对于1-1截面：=325065003=91014对于2-2截面：=3714120003=6.41015B=+=6.411016A/B=1.0610-7基本振型系数对于0-0截面：=1.0610720001.5=9.510-3对于1-1截面：对于2-2截面：取综合影响系数地震影响系数最大值 查化工设备机械基础课程设计指导书附表5-5 得（设计烈度8度时）各类场地土的特征周期 查化工设备机械基础课程设计指导书附表5-6得（II类场地土，近震时） 取第二组类场地土的特性周期为=0.3地震影响系数=不得小于水平地震力=对于0-0截面：=对于1-1截面：=对于2-2截面：=垂直地震影响系数：；操作质量；当量质量=；底截面处垂直地震力=24662000+32506500+371412000=7.0107=0.00036对于0-0截面：=0.0003624662000=1775N对于1-1截面：=0.0003632506500=7605N对于2-2截面：=0.00036371412000=16044N底截面处弯矩：底截面处地震弯矩截面1-1处地震弯矩=1.2截面2-2处地震弯矩=3.3塔体的强度及稳定性校核3.3.1 塔体的轴向应力0-0，1-1， 2-2段以上的操作质量分别为13230，11025 ，5880kg 塔底危险截面（1-1）的各项轴向应力计算 5.5Mpa ； 4.7Mpa ； 20.6Mpa ；3.3.2 轴向应力校核 塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性验算 + 式中 筒体轴向压缩稳定许用应力 ； B0.06 Mpa ； K 载荷组合系数，K1.2 设计混充下材料的弹性模量 200Gpa=2.0105Mpa =0.06=0.062.01056/600=104Mpa ； 由于5.5+4.710.2Mpa因此塔底1-1截面满足抗压强度及轴向稳定条件。 塔底截面抗拉强度校核 +K 因为 K1.21700.85173.4Mpa ； =5.5-4.7+20.6=21.4M 即裙座出现失稳之前，材料已达到弹性极限，因此强度是主要制约因素。由于+ 3.44+16.519.9 ；因此满足强度及稳定性要求。3.4.2焊缝强度的校核此塔裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力为 8.860 因此，塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓个数n取16 地脚螺栓腐蚀裕量地脚螺栓螺纹小径故取16-M24地脚螺栓满足要求。 由于0为拉应力，设备可能翻倒，必须安装地脚螺栓。 查表选用M24的地脚螺栓 地脚螺栓公称直径3.7水压试验时塔的强度和稳定性验算水压试验时塔体11截面的强度条件 0.9 式中 P 液柱静压力，因塔体高约15m,故取P0.15 0.90.92350.85179.78由于35.110.9 因此满足水压试验要求。水压试验时裙座底部00截面的强度与轴向稳定校核 + 式中 0.9K0.91.2235253.8 K264 由于 7.6+4.9 12.5 因此满足强度与轴向稳定性要求。第四章 开孔和开孔补强设计4.1开孔及补强说明由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管。开也以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔补强问题。 补强结构 压力容器接管补强结构通常采用局部补强，主要有补强圈补强、厚壁接管补强和整体煅件补强三种形式。 补强圈补强 补强圈补强是中低压容器应用最多的补强结构，补强圈贴焊在壳体与接管连接处。它结构简单，制造方便，使用经验丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力；另外，补强圈与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳能力差。这种补强结构一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540、补强圈厚度小于或等于1.5、壳体名义厚度不大于38的场合。 厚壁接管补强 即在开也处焊上一段厚壁接管。由于接管的加厚部分正处于最大应务区域内，故比补强圈更能有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，因此补强效果较好。高强度低合金钢压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。 整体锻件补强 该补强结构是将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接。其优点是：补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低10%15%。缺点是锻件供应困难，制造成本较高，所以只在重要压力容器中应用，如核容器，材料屈服点在500以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔等。开孔补强设计准则开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。目前通用、也是最早的开孔补强设计准则是基于弹性失效设计准则的等面积补强法。但随着各国对开孔补强研究的深入，出现了许多新的设计思想，形成了新的设计准则，如建立了以塑性失效准则为基础的极限分析方法。设计时，对于不同的使用场合和载荷性质可采用不同的设计方法。等面积补强 认为壳体因开也被削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内给予等面积补偿。该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。由于补强法未计及开孔处的应力集中的影响，也没有计入容器直径变化的影响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显得富裕，有时显得不足。等面等补强准则是优点是有长期的实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如ASMEVII1和GB150等。极限分析补强 该法要求带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。允许不另行补强的最大开孔直径压力容器常常存在各种强度裕量，例如接管和壳体实际百度往往大于强度需要的厚度；接管根部有填角焊缝；焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝。这些相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件了开孔接管，可以不予补强。GB150规定，当在设计压力小于或等于2.5的壳体上开孔，且相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89时，只要接管最小厚度满足下表要求，就可不另行补强。不另行补强的接管最小厚度表4.1.1接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0等面积补强计算 等面积补强设计方法主要用于补强圈结构的补强计算。基本原则如前所述，就是使有效强的金属面积等于或大于开孔所削弱的金属面积。 允许开孔的范围 等面积补强法是以无限大平板上开小圆孔的孔边应力分析作为其理论依据。但实际的开孔接管是位于壳体而不是平板上，壳体总有一定的曲率，为减少实际应力集中系数与理论分析结果之间的差异，必须对开孔的尺寸和形状给予一定的限制。GB150对开孔最大直径作了如下限制。 圆筒上开孔的限制，当其内径时，开孔最大直径，且；当其内径时，开孔最大直径，且。 凸形封头或球壳上开孔最大直径。 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径，为开孔中心处的锥壳内径。 在椭圆或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。 所需最小补强面积A 对受内压的圆向或球壳，所需要的补强面积A为 Ad+ 式中 A 开孔削弱所的补强面积， ； D 开孔直径，圆形孔等于接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量），； 壳体开孔处的计算百度，； 强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，当该值大于1.0时，取1.0 。 有效补强范围 在壳体上开孔处的最大应力在孔边，并随离孔边距离的增加而减少。如果在离孔边一定距离的补强范围内，加上补强材料，可有效降低