总结丨开孔补强设计及计算中的几个问题

1. 等面积法的适用范围

GB/T150.3 6.1.1作了规定，而且SW6软件会帮助我们判断。

2. 有效宽度B值与有效高度h₁

按大平板开小圆孔的弹性力学[1]解析解，在离孔边孔距离为孔的半径（d/2）处，因开孔的产生的应力集中已迅速衰减。因此B值通常取2d。而h₁通常取应力衰减长度sqrt(dt)。

当然B值不是越大越好，应尽量使补强所需面积的三分之二集中于开孔边缘 d/4处[2]。所以，在实际宽度小于2d时应首先考虑增加靠近开孔处的补强面积（如加厚接管或补强圈厚度等），然后才是增加宽度。例如，管箱筒体上开孔较大时，不能为了保证B=2d，而盲目增加管箱筒体长度。

为了避免应力集中与法兰和接管的焊缝重叠，接管外伸高度应首先保证h₁≥sqrt(dt)。若采用厚壁锻管补强，只有锻管颈部削边以下的部分才能参与补强计算，所以要留心计算时锻管的实际外伸长度。

按GB/T150.3的6.3.2.1的规定，厚壁管的厚度不宜超过壳体厚度的2倍。

3. 补强圈不适用的情况

经正确补强后仍有一定的应力集中，补强圈补强效果并不十分理想，而且补强与接管的角焊缝焊缝及检测都比较困难（合理设计这个角焊缝的坡口就显得重要了）。所以JB/T 4736的1.2~1.4和HG/T20583的9.2.2规定了不宜采用补强圈补强的情况，主要包括：

(1) Rm>540的高强钢及Cr-Mo钢；

(2) 极高度危害介质场合；

(3) 需要疲劳分析的场合；

以及低温、高压、高温、壳体较厚、所需补强圈较厚、补强圈壳体厚度比较大等情况。

此外，若所需补强圈外径及厚度超出JB/T4736范围的，宜考虑改用其他补强方法（常压罐上使用的除外）。

4. 补强圈上的检漏孔

JB/T4736的5.6要求“补强上的螺孔应放在壳体最低位置”，这个螺孔是检漏孔，作用有三：一、试压通气检漏；二、焊接时排气，排除补强板与壳体间隙中的空气；三、使用时可起到泄漏指示作用。所以，这条规定不可小视，尤其是在自行设计非标准补强圈时。

与之类似，高压容器和衬里容器中常见的检漏管也有试压检漏和泄漏警示的作用。

推荐一篇文献供参考，蒋文荣. 小孔在压力容器中的设计与应用. 石油化工设备, 2014,17(10). 文章中介绍了压力容器中常见的几种小孔的作用。

5. 安放式接管

如果仅是为了增加补强面积，而将插入式接管改为安放式接管，那么这个思路是不对的。因为安放式接管结构中的富余金属面积并不会比插入式来得大。

6. 开孔处的壳体焊缝系数

这点讨论较多，建议取壳体本体的焊缝系数。

若开孔周围有焊缝，按GB/T150.3的6.1.4要求，开孔附近焊缝需进行100%检测。如果壳体本体的焊缝系数为0.85，那么上述100%检测为“局部的”100%检测，其合格级别同壳本体，其焊缝系数也无法取1。

另外，设计的时候是不可判定开孔周围没有焊缝的，否则就失之于冒进了。

7. 外压下开孔补强仅需补足被削弱面积的一半

曾经遇到过以“外压开孔所需补强面积仅为被削弱面积的一半”为由，来解释内压开孔补强计算合格，而免除外压开孔补强计算的。

首先，内、外压下壳体或接管的计算厚度都是不一样的。

其次，更不是说外压开孔所需的补强面积为内压开孔所需的补强面积的一半。因为外压开孔需要补偿的是惯性矩，而补偿惯性矩转化为补偿截面积就只需一半截面积了[3]。

8. A的余量

除人手孔外，开孔补强计算要留一些余量，要不后期在校核因外部管道载荷引起的局部应力时，一点回旋余地都没有。

参考文献

[1] 徐芝纶. 弹性力学

[2] 王非. 化工压力容器设计——方法、问题和要点

[3] 丁伯民. ASME VIII压力容器规范分析