在对压力容器进行设计的过程中，由于很多不同方面的因素都会对此产生较大的影响，因此通常情况下都要对容器壁进行相应的开孔处理，之后根据开孔部位的实际情况挑选合适的接管并根据相关方面的规定和要求进行安装。目前，在压力容器系统中有一种已经广泛使用结构，那就是在具有加强结构和接管的圆柱形壳体上开口。然而在定期检测压力容器的过程中往往容易忽略接管的相关检验，另外不同的检验结构对于接管检验的理解也存在着比较大的差异，接下来针对这个问题本文将通过有限元分析以及相关实例进行探讨。

1.受内压壳体与接管连接处的局部应力

1.1圆柱壳开孔接管的最大应力

在对壳体和接头处的最大应力进行计算的过程中，应力集中系数法是最常使用的方法。因此，在对圆柱形壳体开孔接管处存在的应力进行计算的过程中就可以使用这种方法。另外，为了使设计更加简单方便，一般情况下会制作与之相关的应力集中系数曲线图，而曲线图中就包括不同厚度以及不同直径的壳体的应力集中系数。之后根据与本文研究相关的应力集中系数曲线图可知，圆柱壳体开孔接管处的最大应力与多个方面的因素都有着密切的关系，比如接管的厚度以及接管的半径等等^[1]。

1.2开孔接管模型及其相应参数

立式圆柱壳体压力容器是本文在研究分析中所使用的主要模型，如图1所示。其中，壳体的材质为Q345R，许用应力为189MPa；接管的材质为Q245R，许用应力为147MPa。而压力容器开孔接管结构模型的几何参数定义，详情见图2。另外，壳体与接管相应的几何参数分别为：壳体内径2000毫米、壳体壁厚10毫米、接管内径159毫米、接管壁厚4.5毫米。                            

图1 压力容器开孔接管结构模型        图2 压力容器开孔接管结构模型几何参数

 1.3ANSYS 有限元应力分析

1.3.1几何建模与约束边界

压力容器开孔接管结构模型在上文中已经进行了详细的分析，并且与之相关的几何参数也已经基本掌握，因此可以在此基础上，将三维有限元模型构建起来，详情见图3。在划分网格的过程中，由映射剖分技术控制网格的具体划分，通常情况下网格密度较高的区域在相贯线附近。在对称平面应用对称约束，并在接管端部应用轴向位移约束。需要注意的一点是要在圆柱体的端面施加轴向位移约束，这样做能够有效避免整个结构的轴向位移，也就是说沿轴向都是零位移。对于旋转壳体来说，沿着容器壁对称分布着压力容器上的载荷，因此需要进行充分考虑的因素只有均匀内压所产生的影响，对于筒体和接管自由端表面来说，就是将之前作用于其上的轴向内压载荷转变为均匀拉伸载荷。径向平衡面上的等效荷载PC受到圆柱端面的作用，而纵向平衡面上的等效荷载PN则受到管道末端的作用和影响。而具体的载荷数值可由相关的计算公式计算得出^[2]。

       图3   压力容器开孔接管结构三维有限元模型

1.3.2压力容器开孔接管结构有限元模型数值分析

依据相关方面的公式可以计算出，P_C、P_N的值在压力容器筒体承受的内压为1.1MPa时，分别为54.7MPa和9.4MPa，图4清晰的显示了筒体不连续区域的应力云图。

图4 压力容器开孔接管结构模型应力分布云图

 通过对以上几个方面的研究和分析，特别是从压力容器开孔接管结构模型应力分布云图上可以发现，当内部压力作用于压力容器壳体上时，应力明显集中于压力容器开孔接管与筒体相连接的不连续处，并且还可以看出该区域的应力值非常高，最高处的应力值已经达到了241MPa。由此也可以得出以下结论，即强度失效现象很有可能出现在压力容器的开孔接管与筒体相连接的区域^[3]。

2.实例分析

    由于接管的重要作用和特殊性，因此在设计压力容器的过程中一定要对接管部位给予足够的重视 ，一方面要具备足够的强度，另一方面对于开孔补强的要求也要能够予以满足。因此，在对其进行常规设计的过程中，可以在工艺要求得到充分满足的基础上，先不进行补强，而将市场上符合要求的无缝钢管直接拿来使用，否则就要对接管进行相应的开孔补强。在《压力容器 第3部分：设计》中对壳体开孔进行了明确的规定，并且要想不另行补强，还要使以下几个条件同时得到满足：一是设计压力必须小于等于2.5MPa；二是相邻的两个开孔中心的之间的间距要比两个孔的直径之和小；如果相邻的开孔有3个或者3个以上，那么任何相邻两个孔中心的间距都应为两个孔直径之和的2.5倍或以上；三是接管的外径应为89毫米或者89毫米以下；四是对于《压力容器》表中的要求，所使用的接管壁厚必须满足。即接管外径为25、32、38毫米时，其接管壁厚应当大于等于3.5毫米；接管外径为45、48毫米时，接管壁厚应当大于等于4.5毫米；接管外径为57、65毫米时，接管壁厚应当大于等于5.0毫米；接管外径为76、89毫米时，接管壁厚应当为6.0毫米。另外，在该表中接管壁厚的腐蚀裕量为1毫米。如果需要将腐蚀裕量进一步加大，就要将接管壁厚相应增加；五是在A、B类接头上不能进行开孔。根据以上六个方面的规定和要求可以知道，如果设计的开孔接管不需要进行另行补强，那么就不用对接管壁厚进行计算。根据相关的计算公式可知，如果接管的设计压力为2.5MPa或者以下，并且其外径在25毫米到89毫米之间，那么其在承受内压的过程中只需要很小的计算厚度，在0.04毫米到0.8毫米之间，其厚度余量（2.9-3.8毫米）与常用规格壁厚相比要高出很多。因此，在设计这类接管的过程中，由于无需进行开孔补强计算，也就不用计算接管壁厚，那么市场上常用规格的无缝钢管都可以选择使用。

容器接管检验实例：在某电厂中，对一台已经投入运行13年的压缩空气储罐进行磁粉检测之后发现其接管处出现了一处裂纹，并且该裂纹沿管轴方向延伸。之后对裂纹附近的管壁进行打磨以及对该裂纹进行仔细观察后发现，该压缩空气储罐的进气口连接着空压机，也就是说机械疲劳载荷长时间作用于该容器的进气口，从而导致交变载荷长期作用于进气口接管的焊缝处，进而导致裂纹产生于结构不连续处或高应力点处。目前，该容器进气口接管处的宏观裂纹在进行打磨之后，仍然可以通过肉眼清晰的看见，说明该处损伤已经比较严重。不过，由于在本次的定期检验过程中该裂纹被相关技术人员及时发现，因此避免了更加严重的事故发生。否则在循环荷载的作用下接管可能会在某一个瞬间突然断裂掉落。因此，平时在进行定期检测的过程中，相关技术人员一定要严格、充分的审查相关的资料，并对容器配套的其他设备设施进行充分的了解。在现场对各种机械设施进行检测的过程中要对使用单位的工作人员询问机械设备的日常状态，并对其工艺流程进行充分的了解，只有这样才能够使失效模式分析更加的科学、合理，从而为选择哪种具体的检测手段奠定基础^[4]。

3.总结

  （1）在对压力容器应力分布规律进行充分分析之后可以发现，壳体和接管区域的内表面分布着最大应力，并且分布呈现出对称性，而最容易发生强度失效的区域就是壳体与接管区域。因此，在定期检验压力容器时，相关的技术人员一定要格外重视壳体与接管相连接的区域。

（2）在定期检验压力容器时，技术人员一定要严格审查相关方面的资料，并且在这个过程中，相关技术人员还要对接管壁厚进行相应的测量并将具体的数据详细、认真的记录下来，另外还需要对接管是否已经进行了开孔补强进行查验。如果接管的设计尺寸等数据比较明确，那么技术人员在进行现场检验的过程中如果发现与设计腐蚀裕量相比接管壁厚减薄量已经明显超出，就应该将相应设备的定期检验意见通知书（2）开具出来并交于使用单位的工作人员，之后使用单位再安排相关的工作人员携带该通知书找到特种设备设计单位，并将该通知书交由设计单位的相关技术人员进行研究，之后再对接管处强度进行核验，然后再次基础上进行开孔补强^[5]。

（3）在定期检验压力容器时，特别是技术人员在现场进行检验的过程中，一定要对容器的现场运行情况进行密切的观察，比如容器内是否有积液存在、接管是否受到疲劳载荷以及容器排污管的排污工作是否运行正常等等，然后以此为根据科学、合理的进行损伤模式分析，进而使选择的无损检测手段更加合理，只有这样才能够使检验的全面性得到有效的保证。

参考文献：

[1]陈炜. 压力容器安全管理与定期检验的探讨[J]. 中国设备工程, 2016(8):28-28.

[2]徐文哲. 关于压力容器安全管理与定期检验的探讨[J]. 科技创新与应用, 2017(5):112-112.

[3]马中强, 王恒, 陶俊兴, et al. 移动式压力容器定期检验中无损检测方法分析[J]. 装备制造技术, 2017(5):218-220.

[4]张建平. 压力容器定期检验技术探讨[J]. 科学技术创新, 2016(18):22-22.

[5]刘海东, 李平建, 李程. 压力容器定期检验局部腐蚀凹坑的安全状况等级评定[J]. 特种设备安全技术, 2016, 43(12):41-42.