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压力容器设计中开孔补强设计的应用

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摘要:压力容器通常情况下是在高温高压环境状态下使用,受到外部环境因素的影响,再加上工艺缺陷及材料质量缺陷等问题的存在,导致压力容器故障问题频频出现,特别是开孔处最容易出现故障。本文主要对压力容器设计中开孔补强设计的应用及相关问题进行了分析,以供参考借鉴。

关键词:压力容器设计;开孔补强设计;压力容器

压力容器设计相对比较复杂,往往涉及到诸多方面的知识与技术,因此,受到了压力容器相关行业的重视与关注。近年来,诸多研究学者对压力容器设计进行了分析,以期可以找出提高压力容器设计质量与水平、确保压力容器使用性能的有效途径。开孔补强设计是延长压力容器使用期限的有效手段,且开孔补强设计效果与质量在一定程度上决定着压力容器的使用期限。所以说,加强对开孔补强设计的研究,找出解决问题的有效措施,提高压力容器设计质量,有着十分重要的意义。

1压力容器设计中厚壁接管补强的应用

现阶段,厚壁接管补强技术在压力容器设计过程中得到了十分广泛的应用。为确保厚壁接管补强效果,应加强对选材方面的重视。究其原因在于,根据厚壁接管补强设计标准的要求,其补强材料必须要与壳体材料相同,否则便有可能导致压力容器金属性能的降低,同时也会给压力容器的整体强度水平造成一定程度的影响。在国家规定标准中,对于压力容器的接管有效补强面积、开孔以及开孔补强的面积均有着明确的要求。因此,压力容器设计中,应遵循国家规范标准的要求来进行厚壁接管补强,确保厚壁接管补强的有效性与安全性,以更好地提高压力容器设计质量[1]。与此同时,厚壁接管材料应当与壳体材料等级相同。实践发现,厚壁接管材料的等级优于压力容器壳体材料的时候,反而会在一定程度上降低强度,因此,从整体性的角度来说,这种情况会对补强结构的整体性能造成不利影响。针对这样的现象,我们可以知道,选择厚壁接管材料的时候,应将壳体材料当作择选标准,选择与壳体材料强度相同的材料。除此之外,若是厚壁接管材料的等级低于压力容器壳体材料,那么在焊接过程中,便会在一定程度上影响接管流通面积,从而对补强设计造成一些不利的影响。基于这样的原因,最好选择与压力容器壳体材料相同的厚壁接管材料,才能确保厚壁接管补强的效果与质量。

2压力容器设计中整体锻件补强的应用

整体锻件补强通常情况下应用于要求相对较高的压力容器,如果开孔补强不适合应用局部补强设计,也可以应用整体锻件补强。开孔补强设计的主要目的便是对因为开孔而导致的强度削弱实施有效的补强,以避免应力集中而导致的故障。通常来说,在条件相同的情况下,采取整体锻件补强技术,便可以在一定程度上降低壳体应力,还可以降低应力的峰值,也不会出现新应力点,这也是整体锻件补强的优势所在[2]。由此可见,整体锻件补强的效果十分显著。然而,虽然压力容器设计中整体锻件补强有着良好的应用效果,但考虑到壳体过渡要求,必须对整体锻件补强进行严格的质量控制,如,应确保壳体过渡的平缓性,以避免壳体一侧出现应力集中的问题。除此之外,压力容器焊接过程中,对焊缝有着十分严格的要求,必须有良好的连续性、无沙眼,因此,整体锻件补强的加工制造过程十分严格,成本相对较高,难度也比较大,其应用较少。

3压力容器设计中补强圈补强的应用

压力容器设计中,局部补强是较为常用的一种开孔补强设计手段,通常采取补强圈补强设计。补强圈补强,主要是对补强板进行焊接,并要有效把握开孔处容器壁、压力容器壁,也就是确保两者的金属厚度,以提高金属开孔边缘的强度,达到补强目的。应用补强圈补强的过程中,由于内部补强、外部补强的可操作性强,且难度较低,因此,通常来说,主要采取外部补强。实践表明,采取外部补强,确实可以使压力容器的抗疲劳强度得到一定的增强[3]。与此同时,根据补强圈补强的要求,实际进行补强操作的过程中,必须确保补强板可以满足设计厚度的要求,尽可能地将其控制在开孔处厚度的1.5倍之内,以避免焊接角的出现,预防不连续应力的出现。此外,对于补强材料也有着一定的要求,补强板材料的延展性、塑性应当满足标准的要求,具体来说,常温状态条件下,屈服强度ReL应当在400兆帕以下。但需要注意的是,在温差大、氧化性强、腐蚀性强或者是承受荷载变化频繁等环境下,不宜采用补强圈补强。

4结语

综上所述,本文主要对厚壁接管补强、整体锻件补强、补强圈补强三种开孔补强设计在压力容器设计中的应用情况及其注意事项进行了分析。具体应用过程中,应根据压力容器设计的不同要求,合理选择不同的开孔补强设计方法,严格执行相关标准规定的要求,确保开孔补强设计的有效性、安全性,以更好地提高压力容器设计质量。

参考文献:

[1]孙昕.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].化工管理,2016,(14):196-197.

[2]臧少锋.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016,(01):220.

[3]冯浩.压力容器设计中开孔补强设计的应用及实践[J].南方农机,2015,46(11):73-74.

作者:谢宁 单位:中油辽河工程有限公司

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