使用sw6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
作者：司文华
来源：《山东工业技术》2013年第10期
【摘 要】开孔补强是压力容器设计中必不可少的一部分，在压力容器结构设计前需要使用sw6-2011过程设备强度计算软件进行强度计算。为保证计算的准确性，必须透彻理解sw6-2011软件计算的理论基础，但在实际工作中，一些设计者常常会忽视标准规范中的某些说明或者对计算理论的理解不够透彻而导致取值错误，直接影响了设备的安全可靠性。本文列举了几个在日常工作中经常遇到的在使用sw6-2011计算压力容器开孔补强时
需要注意的问题及通常的处理办法，提醒设计者在设计工作中引起足够重视。
【关键词】开孔补强；压力容器；sw6-2011
0 引言
为满足工艺或结构需要，在压力容器设计中开孔是必不可少的。容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中，再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力，以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用，使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定，但在使用sw6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握，灵活运用软
件，必要时对有关数据进行调整，才能得到正确的结论，保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围
1.1 计算时应注意的问题
在使用sw6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足gb150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求，满足要求的可以不进行计算，没有进行判断直接输入数据的，生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求，不予进行计算。还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格，然而该孔的有效补强区b=2d范围内还有其他开孔，形成孔桥的，则应按孔桥处理。在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算，按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确的。
1.2 补强计算方法及适用范围的理解
sw6-2011补强计算方法给出四种：等面积补强法、另一补强方法、分析方法和压力面
积法。
计算软件中的等面积补强法是指单个开孔的等面积法，联合补强法是指多个开孔的等面积法。等面积法是开孔补强计算方法中最广泛应用的计算方法，该法是以补偿开孔局部截面的一次拉伸强度作为补强准则的，是以无限大平板上开有小圆孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过限制开孔形状，长短径之比和开孔范围（开孔率）间接考虑的[2]，使用该法应考虑开孔是否满足gb150.3-2011中6.1.1的规定。对于承受静载的压力容器开孔，长期实践证明该法在允许使用范围内，其补强结果是比较安全可靠的。分析法是根据弹性薄壳理论得到的应力分析法用于内压作用下具有径向接管圆筒的开孔补强设计，其开孔率可达0.9。压力面积法为hg20582-2011大开孔的补强计算[3]中介绍的补强方法，其开孔率可达0.8。分析法和压力面积法都是适用于大开孔径向接管补强计算的，不能计算斜接管。大开孔即超出等
面积补强法适用范围的开孔。而且分析法只能用在筒体上的开孔，封头上的大开孔应用压力面积法计算，但在我国压力面积法尚不能作为合法的设计依据，该方法只能参考使用。压力面积法和等面积法一样，都不适用于有疲劳强度要求的开孔补强计算。另一补强方法则为基于塑性失效准则的极限分析法，对受内压单个开孔的密集补强采用[4]，这种设计方法限制条件：接管横截面必须为圆形，其中性轴垂直于壳体、接管和补强件应采用整体结构，过渡部分应打磨成圆角[5]。
使用sw6-2011软件进行单个开孔补强计算输入数据后，软件根据输入条件自动选择适合的计算方法，如不符合单孔补强条件形成孔桥的，则必须选择联合补强法，并输入相关
数据才能得到正确的计算结果。
2 封头最小厚度对开孔补强计算的影响
2.1 封头最小厚度的确定
冲压封头的最小厚度必须满足强度设计的要求，是压力容器安全使用的前提条件。
gb/t25198-2010《压力容器封头》中6.3.13规定：根据制造工艺确定封头的投料厚度，以确保封头的成品最小厚度不小于设计要求的最小成型厚度[6]。设计要求的最小成型厚度一般要大于等于设计压力下的设计厚度即计算厚度加上腐蚀余量。还应考虑由于下料厚度大于名义厚度后有可能造成许用应力下降，如遇此种情况应把设计规定的成型后封头最小厚度乘以最小厚度的许用应力与落料厚度许用应力的比值。还有些设备需要标注最高允许工作压力的，比如需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器，为使安全泄放装置的整定压力高于气密性试验压力，应确定设备的最高允许工作压力。由于固定式压力容器安全技术监察规程4.8规定：对于介质毒性程度为极度、高度危害或者设计上不允许有微量泄露的压
力容器，应该进行泄漏实验，泄露试验根据试验介质种类的不同，分为气密性实验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验等。其中气密性试验压力为压力容器的设计压力。进行气密性试验时，一般应当将安全附件装配齐全。又根据固定式压力容器安全技术监察规程3.9.2规定：超压泄放装置的动作压力（1）装有超压泄放装置的压力容器，超压泄放装置的动作压力不得高于压力容器的设计压力（2）对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的动作压力不高于该容器的最高允许工作压力[7]。为使超压泄放装置在做气密性试验的时候不起跳，又能满足规定，需要在图纸上注明最高允许工作压力，
最高允许工作压力应综合考虑包括筒体、
封头、法兰和接管等在内的所有受压部件所允许承受的最大表压力。这时取气密性试验压力等于设计压力，超压泄放装置的动作压力高于该容器的设计压力，低于最高允许工作压
力。此时封头的最小成型厚度要大于等于最高许用工作压力下的设计厚度。
2.2 开孔补强计算时封头有效厚度的确定
按照gb150.3-2011等面积补强法进行开孔补强计算时，需计算壳体有效厚度减去计
算厚度之外的多余面积a1如图1所示，其值按式（1）计算。
图1 补强面积a1
a■=（b-d■）（δ■-δ）-2δ■（δ■-δ）（1-f■）（1）
式中：b为补强有效宽度；dop为开孔直径；δe为壳体开孔处的有效厚度；δ为壳体
开孔处的计算厚度；δet为接管有效厚度；fr为强度削弱系数。
因1- fr的值很小，一般情况下a1的值随δe的值增大而增大。有效厚度一般按式（2）计算：
δe=δn-c1-c2（2）
式中：δn为名义厚度；c1为钢板负偏差；c2为腐蚀余量。
由于封头给出最小厚度δmin时，封头的实际厚度可能小于名义厚度，此时进行开孔补
强计算时，封头开孔处的有效厚度应取δe=δmin-c2。
采用sw6-2011软件进行开孔补强计算时，封头的有效厚度不是直接输入的，而是程
序根据输入数据计算生成的，为得到合理的计算结果，通常用两种方法对输入数据进行调整。
（1）对腐蚀裕量的值进行调整为c2，=（δn-c1-δmin）+c2；
（2）把封头的最小厚度填到壳体名义厚度的地方，并且指定壁厚负偏差为零进行计算。 3 开孔补强接管有效外伸长度及椭圆开孔直径的确定
3.1 开孔补强接管有效外伸长度
旧标准gb150-1998《钢制压力容器》标准里没有明确的给出开孔补强的计算截面的选取。在实际设计中有些设计者往往分不清接管实际外伸长度具体指的是筒体轴向截面的外伸高度还是筒体径向截面的外伸高度，而且非径向接管的外伸端面并非平行于筒体表面，因此在径向和轴向截面上接管两侧的伸出长度也不一定相等。在这种情况下，简单的选取最短
边就有可
能造成裕量过大和材料浪费。新标准gb150.3-2011中规定了：所需最小补强面积应在下列规定的截面上求取，对于圆筒或锥壳开孔，该截面通过开孔中心点与筒体轴线，对于凸形封头和球壳开孔，该截面通过开孔中心点沿开孔最大尺寸方向且垂直于壳体表面。这一规定明确了开孔补强计算的取值截面，给设计者带来很大的方便，其理论依据是因为内压圆筒的计算厚度公式是根据一次总体环向薄膜应力所导出的，环向应力是轴向应力的两倍，是筒体中最大的一次薄膜应力，并且为纵向截面所承载。因此，开孔削薄的计算面积也应是轴
向截面，相应的接管外伸有效高度也应是在轴向截面上接管的外伸高度。
3.2 椭圆开孔直径的确定
sw6-2011计算椭圆开孔补强时，输入开孔直径的通常处理办法为：位于封头上的椭圆人孔在确定开孔直径时应按长轴尺寸确定；位于筒体上时，按平行设备轴线方向的开孔尺寸确定。例如，椭圆开孔的短轴平行于设备的轴线，那么开孔尺寸按短轴尺寸计算。这主要取
决于设备的应力分布，筒体的轴向应力是其环向应力值得一半。
4 结论
sw6-2011计算软件在压力容器设计中的应用，提高了设计效率，给设计人员带来了很大的方便，但对设计人员的素质也提出了较高的要求。有的设计人员由于缺乏正确理解常用标准规范和软件计算的理论基础，导致数据输入有误，又忽略计算过程，得出错误的结论，产生安全隐患。开孔补强计算是压力容器强度计算的重要部分，需要设计人员充分考虑设计参数、标准要求、计算方法及特殊情况对数据的调整，重视设计过程中的某些细节问题，计算时严格校审选用的模块、输入的数据、输出的结果，详细检查计算书的每一个数据是否正
确，确保其符合设计标准规范的规定，保证设备的安全可靠性。
【参考文献】
[1]gb150.1～150.4-2011，压力容器[s].
[2]全国锅炉压力容器标准化技术委员会编.压力容器设计工程师培训教程[m].北京：新
华出版社，2005，10：208.
[3]hg20582-2011 钢制化工容器强度计算规定[s].
[4]秦叔经.sw6-2011在工程设计中的应用[r].全国化工设备设计技术中心站.
[5][美]法尔（farr，j.r.）贾瓦德（jawad，m.h），郑津洋，等译.asme压力容器设计指
南.2版[m].北京：化学工业出版社.2003.3：107.
[6]gb/t25198-2010 压力容器封头[s].
[7]tsg r0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程[s].
[责任编辑：杨玉洁]篇二：sw6
sw6，过程设备强度计算软件，目前版本：sw6-2011 v1.0，中、英文版。
sw6是一gb150、gb151、gb12337、jb4710及jb4731等一系列与压力容器、化工
过程设备设计计算有关的国家标准、行业标准为计算模型的设计计算软件。
sw6包括十个设备计算程序，分别为卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换热
器、填函式换热器、u形管换热器、带夹套立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等，
以及零部件计算程序和用户材料数据库管理程序。
sw6零部件计算程序可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对hg20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》中的一些较为特殊的受压元件进行强度计算。十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结构组合的
受压元件进行逐个计算或整体计算。
为了便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器管理制度原始数据存档的要
求，用户可打印输入的原始数据。
sw6计算结束后，分别以屏幕显示简要结果及直接采用word表格形式形成按中、英文编排的《设计计算书》等多种方式，给出相应的计算结果，满足用户查阅简要结论或输出
正式文件存档的不同需要。
sw6以windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于windows的用户界面，因而允
许用户分多次输入同一台设备原始数据、在同一
台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制、输入原始数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方便用户使用。一个设备中各个零部件的计算次序，既可
由用户自行决定，也可由程序来决定，十分灵活篇三：sw6-98 使用问答
1. 什么叫波形膨胀节的加强圈？它起什么作用？
答：指加于膨胀节直边段外侧的加强圈（一般为扁钢）。该加强圈能减小波纹管直边段
的周向薄膜应力。
2. 经常发生用水压试验压力代入后，波形膨胀节的薄膜应力较核通不过的情况。但sw6-98未提出此要求。
答：不是sw6-98未提出此要求，而是膨胀节标准gb16749-1997未提出此要求。
3. 鞍座计算时，鞍座高度h是指鞍座的标准高度还是鞍座的腹板高度？
答：由于h是用来计算鞍座腹板的平均应力s9，故应输入鞍座腹板中间处的最小高度。
4. gb151中，对筒体规定了一个最小厚度，但有时强度计算并不需这么厚，似乎有浪
费，特别对于贵重有色金属设备更是如此。
答：gb151中规定的最小厚度是考虑了管束等内件重量使得在制造、安装时筒体所需要的刚度，这是必须要满足的。但对于有色金属设备，gb151尚没有给出筒体的最小厚度，
应建议标准编制单位补充该条规定。
5. 在固定管板换热器计算时，如用f19′2的管子，管子的压应力校核往往通不过，原
因是计算得到的许用压应力很小，用何方法调整？
答：首先，请注意管子的受压失稳当量长度是否按gb151的规定取值，该值对管子许用压应力的影响很大。其次，管子的直径对许用压应力也有较大的影响，一般f25的管子要比f19的管子在许用压应力的计算值上大50％左右。由于管子的直径一般不能改动，因其对换热面积有很大的影响，故工程上一般只能考虑减小折流板的间距。当折流板的间距无
法再改小时，只能由设计人员根据使用经验自行确定是否忽略换热管压应力的校核结果。
6. 计算锥形封头时，如压力很小（如p=0.1mpa），p/[s]t×f 的值往往小于0.002，这
时程序不能计算，如何解决？
答：由于gb150-1998中计算锥形壳体大、小端加强厚度时的q值曲线图横座标的右端极限（p/[s]t×f）为0.002，故程序也限定此值为计算的界限。至于p/[s]t×f 的小于0.002
的情况，我站将提交容委会，请他们解释。
7. 法兰密封垫片用o形圈，按哪一种密封面形式计算？m和y值如何取？
答：对于o形密封垫片，可参考文献[3]，基本密封宽度按bo=n/2计算（n为o形圈
宽度）。m和y值仍可参照文献[1]的表9-2或请密封垫片制造厂提供。
8. 带半夹套容器的内筒如何计算？
答：工程上可按全夹套计算，计算结果偏保守。
9. gb150-89要考虑纵向、环向焊缝系数计算筒体厚度，为何gb150-1998不再考虑环向焊缝系数？
答：gb150-1998不再要求按压力进行筒体的轴向应力校核，故不再特别提到环向焊缝系数。但要注意，在固定管板换热器和塔器计算中，因需计算筒体的轴向应力并进行校核，
故当用sw6-98对这两种设备进行计算时，程序将要求用户输入环向焊缝系数。
10. 带夹套容器内筒的外压设计时，设计外压力应取夹套的设计压力还是试验压力？
答：按gb150，一般应取夹套的设计压力进行内筒的外压设计，如计算得到的内筒许
用外压力小于夹套的试验压力，应在计算书和图纸上注明，当进行夹套压力试验时，内筒需保压多少。这样处理可充分利用材料，sw6-98也是这样处理的。但如在夹套压力试验时，难以做到内筒保压，则须用夹套的试验压力进行内筒的外压设计，这时一般将使设备重量增
加。
11. 不需进行补强计算的开孔接管结构是假定接管的c2＝1mm。如c2＝1.5mm，接
管厚度也增加0.5mm，是否仍可不进行补强计算？
答：如接管外径不变，接管腐蚀裕量和壁厚都增加0.5mm，则该结构仍可不需进行补
强计算。
12. 介质为水的受压容器是否仍是gb150-1998的应用范围？
答：是。
13. 封头加工减薄量是否应在程序中有所反映？
答：在gb150-1998中没有计及加工减薄量，是由于考虑到各容器制造厂制造能力的差异，对于同样公称尺寸的封头会有不同的加工减薄量。sw6-98因此也不计及加工减薄量。
用户应在图纸上注明加工后最小厚度的要求。
14. hg20582中不需补强的规定中没有提及腐蚀裕量，如何理解？
答：实际上，hg20582中不需补强的规定与gb150-1998的规定不相一致，应以
gb150-1998为准。
15. 旋风分离器有一斜接管，且是大接管，用何方法计算？
答：由于压力面积法只能用于径向大接管的开孔补强计算，故斜的大接管不能用压力面
积法计算，只能用有限元程序（如vas2.0）计算。
16. 有一储罐，内装固体，有压力，符合塔器标准中规定的结构要求，是否能按塔器计
算？ 答：是。
17. 现gb150-1998中没有列出材料20g，在工程中是否能将该材料作为受压元件材
料使用？ 答：在将该材料报劳动监察部门备案后，可以作为受压元件材料使用。
18. 标准膨胀节规定的厚度有3、4、5mm，但gb150中给出的16mnr钢板的最小厚
度为6mm，能否用16mnr作为膨胀节的材料？
答：实际上，钢厂是生产6mm以下的16mnr钢板的，因此，在工程中可以用16mnr
作为膨胀节的材料。
19. 锥壳大、小端一为浅碟形封头，一为椭圆封头，既受内压，又受外压，能否用sw6-98计算？
答：除了外压锥壳部分以外，其它部分都能用sw6-98计算。
20. 卧式容器中的搅拌轴如何计算？
答：仍可参照《机械搅拌设备》进行设计，即可用sw6-98的立式容器程序进行该搅拌
轴
计算，只是径向力系数k1的取值在参考附录c.2的说明外，还可通过使用经验进行修正。
21. 如有一直立容器安装在钢结构上或较高的楼板上， 如何进行容器的强度设计？
答：该种容器与安装在地面上或基础上的直立容器相比，只是在计算自振周期时有所不
同，即要将塔器与钢结构或建筑物一起考虑，来计算自振周期。
22. 塔如安装在框架结构上，在使用sw6-98计算时，需输入框架的质量和惯性矩等数据，如何得到这些数据？
答：这些数据应由土建设计人员提供。
23. 塔的上半部上某一点如限制其绕度，应如何计算？
答：这种塔的计算实际上是一个超静定问题，相当于在限制绕度的点加了一个外力。 对
这种力学模型，jb4710 没有考虑，因此，也不能用sw6-98进行计算。
24. 环形管板能否用常规方法进行设计计算？
答：不能。因gb151和jb4732中的管板计算方法的力学模型都是圆平板上开孔加换
热管，而不是环板。故环形管板只能用有限元方法进行强度计算。
25. 如有一塔器，其上部有一段为一换热器（作为冷凝器），该换热器需有一膨胀节。
在对该塔器进行结构设计时应如何考虑？
答：首先，在这个换热器上应尽量不用膨胀节。如一定要用，则在膨胀节的上、下均应
考虑增加限制塔体绕度的结构。
26. 如壳体材料选用gb150以外的材料，在进行外压设计计算时，如何选择替代材料？ 答：gb150以外的材料，或gb150中虽已列出但在b值曲线图中没有包括的材料，在进行外压设计计算时，sw6-98将要求用户选择确定b值的替代材料。在选择替代材料时，应遵循以下原则：
1) 应使实际材料与替代材料的化学成分相似；
2) 应使实际材料与替代材料的弹性模量尽可能接近；
3) 应使实际材料与替代材料的屈服点尽可能接近。
27. 在对局部结构进行应力分析设计时，同常规设计相比，对元件的材料有何特殊要
求？ 答：无特殊要求。
28. 设备的设计年限一般应如何考虑？
答：如无特殊要求，设备的设计年限可定为20年。如标准规定碳钢的最小腐蚀裕量为
1mm，即是按在弱腐蚀情况下腐蚀裕量为0.05mm/年，再乘上20年而得到的。
29. 含h2s介质的换热器采用什么材料合适？
答：可参照hg20581-1998中6.7.2节的要求选择材料，并应注意该节所规定的在制
造、焊接和焊后热处理上的要求。
30. 介质为煤气的换热器能否用q235-a作为制造材料？
答：可以。
31. 如一开孔接管按gb150的补强计算已通过，但接管壁厚小于hg20581-1998中的
最小壁厚要求，是否一定要增大接管壁厚？
答：gb150-1998并没有规定接管的最小壁厚，应该讲hg20581-1998比gb150-1998有更高的要求，主要考虑了制造、安装上对接管刚度的要求，以及与配对标准法兰的连接。但hg20581-1998不是强制性的。用户可根据工程实际情况决定是否满足hg20581-1998
的最小接管壁厚要求。推荐用户遵照该标准的要求。
32. 高压设备筒体端部与螺栓的材料是否要考虑匹配？
答：需要考虑。因筒体端部的螺纹是与螺栓连接的，应遵照螺栓与螺母材料的匹配原则。
一般应选筒体端部的材料强度高于螺栓材料的强度。
参考文献：
[1] gb150-1998《钢制压力容器》；
[2] gb151-1999《管壳式换热器》(报批稿)；
[3] 余国宗，化工容器设计。篇四：使用sw6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
使用sw6—2011计算压力容器开孔补强的几个问题
【摘 要】开孔补强是压力容器设计中必不可少的一部分，在压力容器结构设计前需要使用sw6-2011过程设备强度计算软件进行强度计算。为保证计算的准确性，必须透彻理解sw6-2011软件计算的理论基础，但在实际工作中，一些设计者常常会忽视标准规范中的某些说明或者对计算理论的理解不够透彻而导致取值错误，直接影响了设备的安全可靠性。本文列举了几个在日常工作中经常遇到的在使用sw6-2011计算压力容器开孔补强时
需要注意的问题及通常的处理办法，提醒设计者在设计工作中引起足够重视。
【关键词】开孔补强；压力容器；sw6-2011
0 引言
为满足工艺或结构需要，在压力容器设计中开孔是必不可少的。容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中，再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力，以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用，使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定，但在使用sw6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握，灵活运用软
件，必要时对有关数据进行调整，才能得到正确的结论，保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围
1.1 计算时应注意的问题
在使用sw6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足
gb150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求，满足要求的可以不进行计算，没有进行判断直接输入数据的，生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求，不予进行计算。还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格，然而该孔的有效补强区b=2d范围内还有其他开孔，形成孔桥的，则应按孔桥处理。在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算，按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确
的。
1.2 补强计算方法及适用范围的理解
sw6-2011补强计算方法给出四种：等面积补强法、另一补强方法、分析方法和压力面
积法。
计算软件中的等面积补强法是指单个开孔的等面积法，联合补强法是指多个开孔的等面积法。等面积法是开孔补强计算方法中最广泛应用的计算方法，该法是以补偿开孔局部截面的一次拉伸强度作为补强准则的，是以无限大平板上开有小圆孔时孔边的应力集中作为理论
基础的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜
应力，对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过限制开孔形状，长短径之比和开孔范围（开孔率）间接考虑的[2]，使用该法应考虑开孔是否满足gb150.3-2011中6.1.1的规定。对于承受静载的压力容器开孔，长期实践证明该法在允许使用范围内，其补强结果是比较安全可靠的。分析法是根据弹性薄壳理论得到的应力分析法用于内压作用下具有径向接管圆筒的开孔补强设计，其开孔率可达0.9。压力面积法为hg20582-2011大开孔的补强计算[3]中介绍的补强方法，其开孔率可达0.8。分析法和压力面积法都是适用于大开孔径向接管补强计算的，不能计算斜接管。大开孔即超出等面积补强法适用范围的开孔。而且分析法只能用在筒体上的开孔，封头上的大开孔应用压力面积法计算，但在我国压力面积法尚不能
作为合法的设计依据，该方法只能参考使用。压力面积法和等面积法一样，都不适用于有疲劳强度要求的开孔补强计算。另一补强方法则为基于塑性失效准则的极限分析法，对受内压单个开孔的密集补强采用[4]，这种设计方法限制条件：接管横截面必须为圆形，其中性轴
垂直于壳体、接管和补强件应采用整体结构，过渡部分应打磨成圆角[5]。
使用sw6-2011软件进行单个开孔补强计算输入数据后，软件根据输入条件自动选择适合的计算方法，如不符合单孔补强条件形成孔桥的，则必须选择联合补强法，并输入相关
数据才能得到正确的计算结果。
2 封头最小厚度对开孔补强计算的影响
2.1 封头最小厚度的确定
冲压封头的最小厚度必须满足强度设计的要求，是压力容器安全使用的前提条件。gb/t25198-2010《压力容器封头》中6.3.13规定：根据制造工艺确定封头的投料厚度，以确保封头的成品最小厚度不小于设计要求的最小成型厚度[6]。设计要求的最小成型厚度一般要大于等于设计压力下的设计厚度即计算厚度加上腐蚀余量。还应考虑由于下料厚度大于名义厚度后有可能造成许用应力下降，如遇此种情况应把设计规定的成型后封头最小厚度乘以最小厚度的许用应力与落料厚度许用应力的比值。还有些设备需要标注最高允许工作压力的，比如需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器，为使安全泄放装置的整定压力高于气密性试验压力，应确定设备的最高允许工作压力。由于固定式压力容器安全技术监察规程4.8规定：对于介质毒性程度为极度、高度危害或者设计上不允许有微量泄露的压力容器，应该进行泄漏实验，泄露试验根据试验介质种类的不同，分为气密性实验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验等。其中气密性试验压力为压力容器的设计压力。进行气密性试验时，一般应当将安全附件装配齐全。又根据固定式压力容器安全技术监察规程3.9.2
规定：超压泄放装置的动作压力（1）装有超压泄放装置的压力容器，超压泄放装置的动作压力不得高于压力容器的设计压力（2）对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的动作压力不高于该容器的最高允许工作压力[7]。为使超压泄放装置在做气密性试验的时候不起跳，又能满足规定，需要在图纸上注明最高允许工作压力，最高允许工作压力应综合考虑包括筒体、封头、法兰和接管等在内的所有受压部件所允许承受的最大表压力。这时取气密性试验压力等于设计压力，超压泄放装置的动作压力高于该容器的设
计压力，低于最高允许工作压力。
此时封头的最小成型厚度要大于等于最高许用工作压力下的设计厚度。
2.2 开孔补强计算时封头有效厚度的确定按照gb150.3-2011等面积补强法进行开孔补强计算时，需计算壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积a1如图1所示，其值按式
（1）计算。
图1 补强面积a1
a■=（b-d■）（δ■-δ）-2δ■（δ■-δ）（1-f■）（1）
式中：b为补强有效宽度；dop为开孔直径；δe为壳体开孔处的有效厚度；δ为壳体
开孔处的计算厚度；δet为接管有效厚度；fr为强度削弱系数。
因1- fr的值很小，一般情况下a1的值随δe的值增大而增大。有效厚度一般按式（2）
计算：
δe=δn-c1-c2（2）
式中：δn为名义厚度；c1为钢板负偏差；c2为腐蚀余量。
由于封头给出最小厚度δmin时，封头的实际厚度可能小于名义厚度，此时进行开孔补
强计算时，封头开孔处的有效厚度应取δe=δmin-c2。
采用sw6-2011软件进行开孔补强计算时，封头的有效厚度不是直接输入的，而是程
序根据输入数据计算生成的，为得到合理的计算结果，通常用两种方法对输入数据进行调整。
（1）对腐蚀裕量的值进行调整为c2，=（δn-c1-δmin）+c2；
（2）把封头的最小厚度填到壳体名义厚度的地方，并且指定壁厚负偏差为零进行计算。
3 开孔补强接管有效外伸长度及椭圆开孔直径的确定
3.1 开孔补强接管有效外伸长度
旧标准gb150-1998《钢制压力容器》标准里没有明确的给出开孔补强的计算截面的选取。在实际设计中有些设计者往往分不清接管实际外伸长度具体指的是筒体轴向截面的外伸高度还是筒体径向截面的外伸高度，而且非径向接管的外伸端面并非平行于筒体表面，因此在径向和轴向截面上接管两侧的伸出长度也不一定相等。在这种情况下，简单的选取最短边就有可能造成裕量过大和材料浪费。新标准gb150.3-2011中规定了：所需最小补强面积应在下列规定的截面上求取，对于圆筒或锥壳开孔，该截面通过开孔中心点与筒体轴线，对于凸形封头和球壳开孔，该截面通过开孔中心点沿开孔最大尺寸方向且垂直于壳体表面。
这一规定
明确了开孔补强计算的取值截面，给设计者带来很大的方便，其理论依据是因为内压圆
筒的计算厚度公式是根据一次总体环向薄膜应力所导出的，环向应力是轴向应力的两倍，是筒体中最大的一次薄膜应力，并且为纵向截面所承载。因此，开孔削薄的计算面积也应是轴
向截面，相应的接管外伸有效高度也应是在轴向截面上接管的外伸高度。
3.2 椭圆开孔直径的确定
sw6-2011计算椭圆开孔补强时，输入开孔直径的通常处理办法为：位于封头上的椭圆人孔在确定开孔直径时应按长轴尺寸确定；位于筒体上时，按平行设备轴线方向的开孔尺寸确定。例如，椭圆开孔的短轴平行于设备的轴线，那么开孔尺寸按短轴尺寸计算。这主要取
决于设备的应力分布，筒体的轴向应力是其环向应力值得一半。
4 结论
sw6-2011计算软件在压力容器设计中的应用，提高了设计效率，给设计人员带来了很大的方便，但对设计人员的素质也提出了较高的要求。有的设计人员由于缺乏正确理解常用标准规范和软件计算的理论基础，导致数据输入有误，又忽略计算过程，得出错误的结论，产生安全隐患。开孔补强计算是压力容器强度计算的重要部分，需要设计人员充分考虑设计参数、标准要求、计算方法及特殊情况对数据的调整，重视设计过程中的某些细节问题，计算时严格校审选用的模块、输入的数据、输出的结果，详细检查计算书的每一个数据是否正确，确保其符合设计标准规范的规定，保证设备的安全可靠性。
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