压力容器补强方法

青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第13章

第13章 压力容器的开孔与补强

本章重点内容及对学生的要求：

（1） 回转壳体上开小孔造成的应力集中； （2） 开孔补强的原则、补强结构和补强计算； （3） 不另行补强的要求；

（4） GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。

第一节 容器开孔附近的应力集中

1、 相关概念

（1）容器开孔应力集中（Opening and stress concentration）

在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的，由于工艺或者结构的需要，容器上经常需要开孔并安装接管，例如：人孔、手孔、进料与出料口等等。容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：

? 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 ? 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。

? 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。 上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。

（2）应力集中系数（stress concentration factor）

常用应力集中系数Kt来描述开孔接管处的力学特性。若未开孔时的名义应力为σ

青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第13章

第13章 压力容器的开孔与补强

本章重点内容及对学生的要求：

（1） 回转壳体上开小孔造成的应力集中； （2） 开孔补强的原则、补强结构和补强计算； （3） 不另行补强的要求；

（4） GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。

第一节 容器开孔附近的应力集中

1、 相关概念

（1）容器开孔应力集中（Opening and stress concentration）

在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的，由于工艺或者结构的需要，容器上经常需要开孔并安装接管，例如：人孔、手孔、进料与出料口等等。容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：

? 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 ? 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。

? 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。 上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。

（2）应力集中系数（stress concentration factor）

常用应力集中系数Kt来描述开孔接管处的力学特性。若未开孔时的名义应力为σ

摘要：在压力容器设计过程中，选择合适的材料和满足强度的补强设计对压力容器的安全、平稳运行至关重要。对压力容器主要受压元件如何选材进行了介绍，对开孔补强设计技术的要领进行了探讨，提出了有针对性的设计建议。

关键词：选材;补强设计;化工压力容器 引言

压力容器作为化工行业主要生产设备，同时也是特种设备的一类，在使用过程中，它的安全运行意义重大。压力容器主要受压元件的选材必须要符合相关法规和标准的要求，同时，还要满足其使用性能。在生产和使用过程中，由于受实际条件的限制，材料代用常有发生，增加了压力容器合理用材的复杂性，在容器设计、制造、使用的各个环节对技术人员提出了更高要求。压力容器为了正常的使用操作，会在筒体和封头等受压元件上开孔，以便安装物料进出、仪表检测、检修人孔等工艺管口。开孔会削弱容器本体材料的承载能力，同时，由于接管和筒体的结构连接不连续，会在开孔处造成局部应力集中[1]。

1材料的选用 1.1主体材料的选用

压力容器主体材料的选用对其安全性能起决定性的作用。在设计压力容器时，主体受压元件选样除了能要满足相关法规和标准的硬性规定外，还要选择能满足设备的力学性能、物理性能、工艺性能和介质相容性的材料，确保材料有优良

摘要：在压力容器设计过程中，选择合适的材料和满足强度的补强设计对压力容器的安全、平稳运行至关重要。对压力容器主要受压元件如何选材进行了介绍，对开孔补强设计技术的要领进行了探讨，提出了有针对性的设计建议。

关键词：选材;补强设计;化工压力容器 引言

压力容器作为化工行业主要生产设备，同时也是特种设备的一类，在使用过程中，它的安全运行意义重大。压力容器主要受压元件的选材必须要符合相关法规和标准的要求，同时，还要满足其使用性能。在生产和使用过程中，由于受实际条件的限制，材料代用常有发生，增加了压力容器合理用材的复杂性，在容器设计、制造、使用的各个环节对技术人员提出了更高要求。压力容器为了正常的使用操作，会在筒体和封头等受压元件上开孔，以便安装物料进出、仪表检测、检修人孔等工艺管口。开孔会削弱容器本体材料的承载能力，同时，由于接管和筒体的结构连接不连续，会在开孔处造成局部应力集中[1]。

1材料的选用 1.1主体材料的选用

压力容器主体材料的选用对其安全性能起决定性的作用。在设计压力容器时，主体受压元件选样除了能要满足相关法规和标准的硬性规定外，还要选择能满足设备的力学性能、物理性能、工艺性能和介质相容性的材料，确保材料有优良

目录

1.绪论…………………………………………………………… 1.1设计任务…………………………………………………… 1.2设计思想……………………………………………………… 1.3设计特点……………………………………………………… 2.储罐简介………………………………………………………… 2.1储罐的用途……………………………………………………. 2.2储罐的分类……………………………………………………. 3.材料及结构的选择……………………………………………… 3.1.材料选择……………………………………………………… 3.2.结构的选择…………………………………………………… 3.2.1.封头的选择………………………………………………… 3.2.2.法兰的选择………………………………………………… 3.3.鞍座的选择…………………………………………………… 4.结构设计………………………………………………………… 4.1.壁厚的确定…………………………………………………… 4.2.封头厚度设计………………………………………………… 4.2.1.计算封头厚度……………………………………………… 4.3.储罐零部件的选取…………………………

一、压力容器检验 1.监督检验

1.1产品制造质量监督检验 1.2安装质量监督检验（改造修理） 1.3进口产品安全性能监督检验 1.4委托检验、商业检验

2.在役检验 1.3定期检验 1.4年度检验

1.5委托检验、商业检验 3.法规检验

《中华人民共和国特种设备安全法》 《特种设备目录》

《高耗能特种设备监督管理办法》 特种设备现场安全监督检查规则（试行）

TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0003—2007 《简单压力容器安全技术监察规程》 TSG R0001—2004 《非金属压力容器安全技术监察规程》《锅炉压力容器制造监督管理办法》 《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 TSG R7001—2013《压力容器定期检验规则》

1

TSG ZF001—2006 《安全阀安全技术监察规程》

国家和行业标准，如GB 150-2011《压力容器》 GB151-1999《管壳式换热器》，材料、焊接、检验标准等

4.针对性检验

了解受检压力容器的结构特点、对检验和安全使用的影响、材料特性、介质特性、使用中可能产生的缺陷、影响安全使用的关键因素等。

如蒸压釜等快开门容器、非金属衬里容器

在薄壁压力容器器壁上开孔,不但削弱了容器的材料强度,而且导致容器局部应力集中,成为容器破坏的重要因素之一。国标设计中考虑容器开孔补强的安全性尽管有了一系列规定,但对影响安全诸因素的随机性考虑较少,而可靠性设计把影响安全的参数作为随机变量,依据概率统计把安全性与经济性统一进行设计计算。通过实例计算与分析对比表明,可靠性设计在保证可控的故障概率下,容器的成本投

第 1 0卷

第3 6期

21 0 0年 1 2月

科

学

技

术

与

工

程

V0. 0 No 3 De . 0 0 11 .6 c2 1

17— 11 2 1 ) 69 8—4 61 8 5( 0 0 3— 0 2 0

S in eT c n l ya d E￣n e n ce c eh o g n n e f g o i

⑥

2 1 SiT c. n n. 0 0 c eh E gg .

薄壁压力容器开孔补强的设计计算与可靠性分析林玉娟李继伟江雪(北石油大学机械科学与工程学院，庆 13 1 )东大 6 3 8

摘

要

在薄壁压力容器器壁上开孔，不但削弱了容器的材料强度，而且导致容器局部应力集中，成为容器破坏的重要因素

之一。国标设计中考虑容器开孔补强的安全性尽管有了一系列规定，对影响安全诸因素的随机性考虑较少，可靠

压力容器（移动式压力容器）使用登记

申报材料

说明：1、申报材料未注明份数的均为提供1份； 2、申报材料未注明原件或复印件的均为复印件；

3、申报材料为复印件的需加盖单位公章，并提供原件供办理机关核对，用后归还申请者。

一、首次登记

(1)《特种设备使用登记表（式样一）》 (原件 2份)； (2)含有使用单位统一社会信用代码的证明或者个人身份证明(适用于公民个人所有的特种设备)；

(3)特种设备产品合格证(含产品数据表)；

（4）机动车行驶证（适用于与机动车固定的移动式压力容器）；

(5)特种设备监督检验证明(安全技术规范要求进行使用前首次检验的特种设备，应当提交使用前的首次检验报告）。

注：

1、压力容器应当按照逐台向登记机关办理使用登记；

2、移动式压力容器出厂前，制造单位须按国质特函[2015]34号文件要求，向《移动式压力容器公共服务信息平台》上传移动式压力容器的产品数据，并对随产品提供的移动式压力容器金属二维码和随车电子密钥进行产品数据关联绑定；

3、使用单位新购移动式压力容器，在办理使用登记前，应通过随车电子密钥在《移动式压力容器公共服务信息平台》将移动式压力容器与账户绑定，录入登记相关信息；

4、租赁或者承包场所使

2003年全国 A类压力容器审核人资格考试

编者按：本次公布点评的试题为第一次全国 A类压力容器审批员考试的闭卷考试题目，本套题的题型为：填空、选择、是非、问答，共 128道题。我们按照考点所涉及到的标准对所有的考题进行了统计，各标准所占的分数如下，欢迎大家踊跃参加讨论。 一、填空（本题共 25分，每题 0.5分）

1、结构具有抵抗外力作用的能力，外力除去后，能恢复其原有形状和尺寸的这种性质称为 弹性。 点评：这是材料力学的基本定义，压力容器的受压元件基本上应该具有这个性质。 2、压力容器失效常以三种形式表现出来：①强度；②刚度；③稳定性。 点评：该失效形式是压力容器标准所要控制的几种失效形式。

3、当载荷作用时，在截面突变的附近某些局部小范围内，应力数值急剧增加，而离开这个区域稍远时应力即大为降低，趋于均匀，这种现象称为__应力集中。

点评：这是弹性力学的基本概念。常见于压力容器的受压元件。

4、有限元法单元基本方程｛F｝e =[K]｛δ｝ e 所表示的是 单元节点力与 单元节点位移之间的关系。

点评：这是一道拉开分数档次的题，考查所掌握的基础理论深度。该题是有限元数值分析中最基本概念。

5、厚度 16mm的 Q235—C钢板，其屈服强度

压力容器实践操作口试题

1.特种设备包括哪些设备，压力容器的概念是怎么定义的？ （参见《特种设备安全监察条例》）

2.压力容器的分类？（按压力分类，按生产工艺过程分类，按《容规》分类），你所操作的容器属于哪一类？

按所承受压力可分为：低压容器（0.1≤P<1.6Mpa），中压容器（1.6≤P<10Mpa），高压容器（10≤P<100Mpa），

超高压容器（P≥100Mpa）;工艺过程分类：反应压力容器（R）、换热压力容器（E）、分离压力容器（S）、储存压力容器（C）; 按《容规》分类:一类压力容器（低压容器），二类压力容器（中压容器及部分特殊低压容器），三类压力容器（高压容器、移动式压力容器、球形储罐、低温液体储存容器及部分特殊一、二类容器）。 3.压力容器中常用气体的分类？

1、压缩气体（氧气、氢气、氮气、惰性气体、一氧化碳、甲烷等）2、液化气体（二氧化碳、氯气、氨、氟利昂、氟化氢、氮氧化物、氯化氢、液化石油气等）3、溶解气体（乙炔）。 4.压力容器的基本构成?

容器的结构是由承受压力的壳体、连接件、密封元件和支座等主要部件组成。 5.压力容器的安全附件一般包括哪些内容？

安全附件一般有：安全阀、防爆片（爆破片）、压力表、 液位计、温度计等。 6.对安全阀有哪些基本要求？

1、性能符合要求 2、动作灵敏可靠，密封性能良好3、结构合