浅谈压力容器开孔补强在设计中的应用

0概述在压力容器的设计中,由于结构的要求,常常要在容器上开孔和连接接管。开孔的结果,不但会削弱容器的强度,而且在开孔的附近会造成很高的局部应力,加上制造材料的材质和制造方面的缺陷等综合因素的影响,失效往往开始于开孔的孔边缘处,往往成为容器破坏的一个重要原因,必须引起十分重视。开孔处实际最大应力与容器基本应力之比称为应力集中系数,以K表示,在设计中应力求降低K的数值。1补强的结构形式筒体或封头的补强结构形式有贴板补强,接管补强和整体补强。(1)贴板补强:补强材料和厚度一般和壳体相同,补强圈与壳体很好帖和,所有焊缝必须…     

压力容器强度设计技术分析（三）

为满足工艺操作、容器制造、安装、检验及维修等要求,在压力容器上开孔是不可避免的。 容器开孔以后,不仅整体强度受到削弱,而且还因开孔引起应力集中造成开孔边缘局部的高应力。因此压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。 压力容器开孔补强设计内容较为丰富,本文以压力容器开孔引起的强度问题;等面积补强法分析;     

接管弯矩作用下压力容器开孔——接管区局部应力的试验研究

对接管弯矩作用下圆柱形压力容器开孔－接管区的变形及局部应力进行了详细的试验研究，研究工作是针对３台不同ｄ／Ｄ比的试验容器进行的。结果表明，开孔－接管区的应力和变形具有明显的局部性，其最大应力出现在接管平面外（横向）弯矩作用下容器的横向截面内。同时将本文的研究结果与ＷＲＣ．１０７及ＷＲＣ．２９７的计算结果进行了比较。     

3000m~3球罐接管补强结构设计

大型球罐由于结构的特殊性,其接管受到机械应力、温度应力、容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,开孔附近易成为容器的破坏源。文中对大型球罐的接管补强结构进行了设计计算,并对插入式厚壁管补强结构和整体凸缘补强结构进行了应力分析比较。     

圆筒形压力容器开孔的可靠性设计理论分析

圆筒形薄壁和厚壁压力容器由于工艺设计需要不可避免的进行开孔和接管,容器封头、筒体及夹套上的接管,能起到进料、出料、进气、排气等作用。容器开孔后必然导致其整体强度的削弱,文中对容器开孔的可靠性进行了分析,为压力容器开孔的可靠度设计计算提供了便利。     

压力容器切向开孔接管区的应力分析设计

对压力容器切向开孔接管区进行三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息,并与压力容器正交开孔接管连接结构的应力分布进行了比较。根据JB4732分析设计标准对压力容器切向开孔接管进行了强度评定。结果表明,压力容器切向开孔接管产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低;各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域;与压力容器正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管的应力分布更趋复杂,有更明显的应力集中,但切向接管的强度足够,满足安全要求。     

应变强化压力容器开孔补强有限元分析

基于有限元应力分析方法,分析了应变强化压力容器在强化压力下,不同补强结构的容器封头与接管连接处应力强度水平和塑性应变量。结果表明,补强圈补强与厚壁接管补强最大塑性应变量都符合标准要求,但考虑在容器封头与接管连接处的应力强度、塑性应变分布的差异,应变强化压力容器开孔补强使用厚壁接管补强结构更加合理。     

高压容器接管法兰的强度计算

分析了压力容器接管及其管法兰的受力情况,指出接管同时起着开孔补强和承受一部分法兰力矩等两方面的作用。在中低压容器上,由于通常采用补强圈补强,因此开孔补强无需由接管承担,接管长度可用于承受一部分法兰力矩;高压容器由于不能采用补强圈,通常采用厚壁管补强,而接管由于受锻件高度的限制,往往只存在开孔补强的长度,不存在承受法兰力矩要求的接管长度,为此在这种情况下管法兰不能按整体法兰计算,应以带颈活套法兰设计。     

基于ANSYS Workbench压力容器开孔处应力强度比较

压力容器筒体上开有各种工艺管孔,对于有外载荷的接管经常需要校核开孔处局部应力。本文就接管开孔至邻近封头的不同距离,通过ANSYS WORKBENCH分析,对开孔处应力强度的影响进行比较。     

组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力试验研究

带接管内压圆筒通常受到内压和接管弯矩的共同作用,接管附加的弯矩载荷会影响内压圆筒开孔-接管区的强度性能。对4台不同di/Di比值的带径向接管圆筒压力容器在组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力进行了试验研究,考察了内压和接管面内弯矩、内压和接管面外弯矩共同作用下开孔-接管区的弹性应力分布、应力集中以及2种载荷之间的相互影响规律。研究结果表明,接管附加弯矩载荷显著增加了承压容器在开孔-接管区的应力集中,且应力集中随开孔率的大小而变化,开孔率小的模型,接管弯矩变化对内压作用下各截面应力集中的影响较大;内压变化对接管弯矩作用下各截面应力集中的影响是开孔率大时影响相对较大,但关系不是很明显。     

大开孔应力测试

本文对大开孔(开孔率为0.74)圆筒形容器的开孔接管部位进行了应力测试。测试结果表明,按照西德AD-1979规范中的有关规定设计大开孔接管是可行的。     

压力容器非径向斜接管开孔补强研究

压力容器由于工艺需求,需要设置非径向倾斜接管,使用常规设计软件无法计算。运用ANSYS有限元分析软件对压力容器筒体上的非径向倾斜接管结构进行应力分析,对接管与设备连接区应力线性化处理,获得了压力容器接管连接区应力分布,结果表明筒体上非径向倾斜接管开孔补强合格。     

塔器接管应力有限元分析

以某石油化工装置中的常压塔封头接管为研究对象,利用三维建模软件PRO/E建立了三维模型,将模型导入至ANSYS有限元软件进行求解分析,对封头上不同的开孔接管区域应力进行了比对分析,找出了应力最大处的接管,校核其设计应力是否满足要求,并对接管内壁的应力分布规律进行了分析,最后利用ANSYS验证校核后的接管模型最大应力处在开孔补强后的应力是否达到设计使用要求。研究结果可以为压力容器开孔接管设计及进一步的疲劳分析提供一定的理论指导。     

旋风除尘器切向矩形开孔部位的应力分析与强度评定

利用有限元软件ANSYS Workbench对切向矩形开孔旋风除尘器的受力进行研究,分析比较了矩形接管未经加强和矩形接管经加强筋加强后两种情况下开孔接管部位的应力分布以及变形情况,并采用线处理法对应力进行均匀化和当量线性化处理,依据JB 4732—1995进行应力分类和校核。结果表明:经加强筋加强后的旋风除尘器在开孔接管部位的变形明显减小,应力分布更加均匀;与未加强结构相比,最大等效应力由609.75 MPa降为434.6 MPa,有效降低了应力集中程度,结构强度得以提高,可满足强度要求。研究中,加强筋的设置方式能有效提高矩形开孔接管部位的结构强度,可为压力容器切向矩形开孔结构的加强设计提供参考。     

压力容器设计安全技术(二) 结构设计与安全

一、概述 在压力容器的破坏事故中,有相当一部分是由于结构不合理引起的,因此,设计合理可靠的结构是和强度设计同等重要的。 由结构引起容器破坏的主要因素有缺陷和应力两个方面。结构设计不合理,往往使得压力容器在制造和使用过程中容易产生缺陷。因此,首先要求其结构便于制造,以有利于保证质量和避免、减少制造缺陷;其次     

热环境下容器开孔接管应力评定及疲劳分析

利用ANSYS建立容器开孔接管三维模型,针对其结构及载荷特点,将容器开孔接管结构离散,采用APDL语言编程对容器开孔接管在内压及热载荷作用下的静态力学行为进行了计算及疲劳分析,给出了应力评定和疲劳结果。计算结果表明,由于接管与筒体相贯处应力集中很大,一次加二次应力程度较高;设备在保温情况下,温度波动对疲劳造成的疲劳影响很小。     

弯矩下含肩部穿透裂纹接管应力强度因子研究

在弯矩作用下,含裂纹接管的应力强度因子研究鲜见报道,其研究结果对丰富缺陷压力容器的安全评定具有重要的意义。采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIM进行计算和分析。研究结果表明,弯矩与KIM呈线性关系,裂纹长度越大,KIM越大;接管和容器的壁厚增加、容器开孔增大,KIM均减少。同时给出了KIM拟合式和KIM与各参数关系以用于对此类缺陷的安全评定。     

压力容器接管开孔补强的有限元计算模型探讨

在压力容器开孔的有限元计算模型中,传统有限元计算模型忽略了法兰的作用,其结果是相当保守的。带法兰的接管开孔有限元计算模型,由于法兰的作用使得接管整体刚性提高,从而使接管与筒体交接处的应力大大减小。将不同接管伸出长度的带法兰计算模型的结果进行了比较,归纳出了不同接管伸出长度法兰力矩对于接管开孔边缘处应力的影响。     

球形容器在不同边界载荷下的应力分析

压力容器球壳接管处由于总体结构不连续和开孔面积突变而存在不连续边缘应力,应用ANSYS软件分析常见工况下球壳容器在赤道正切柱式支座、圆筒形裙式支座和混凝土连续基础支撑等3种典型情况下的薄膜应力情况.     

压力容器管口应力分析

本文以某压力容器为例,分别运用常规设计方法和有限元分析设计方法对开孔接管区上外载荷对容器管口应力分布的影响进行了分析。发现管线外载荷对管口应力影响明显,不可忽视;满足常规设计的管口在一般工作载荷下,由于安全系数足够大,强度仍能满足要求：对环境条件恶劣、波动较大的工作载荷下的管口,有限元分析设计是必要的。