壓力容器一旦發生事故，危害很大，因此壓力容器的開孔補強設計顯得尤為重要。對于壓力容器的開孔補強計算方法一般有兩種：一是等面積法，二是分析法。本文對這兩種方法作以比較和分析。
    在石油化工行業中，壓力容器上的開孔是不可避免的，如要開進料口、出料口、人孔等。容器開孔后，一方面由于器壁承受載荷截面被削弱，引起局部應力的增加和容器承載能力的減弱；另一方面，器壁開孔和接管也破壞了原有結構的連續性，在工藝操作條件下，接管處將產生較大的彎曲應力，開孔邊緣會出現很高的應力集中，形成了壓力容器的薄弱環節。因此，設計上必須對開孔采取有效的補強措施，使被削弱的部分得以補償。
    開孔補強基本原理
    2.1.等面積法
    該法是以受拉伸的開孔大平板作為計算模型的，即僅考慮容器殼體中存在的拉伸薄膜應力，且以補強殼體的一次總體平均應力作為補強原則。當開孔較小時，開孔邊緣的局部應力是以薄膜性質的應力為主的，但隨著殼體開孔直徑增大，開孔邊緣不僅存在很大的薄膜應力，而且還產生很高的彎曲應力。
等面積法的開孔補強結構所形成的應力集中在某一區域內，當離孔邊緣的距離越大，越接近薄膜應力。它的特點是：角焊縫，具有應力突變，易產生應力集中點，受力狀態不好。
    2.2.分析法
    這種補強方法是以殼體極限分析為基礎的，相對等面積法合理得多，但須受開孔殼體和補強接管的尺寸限制。這種方法優點是：克服等面積法的缺點，在轉角處采用圓滑過渡，減少結構形狀的突變，減小應力集中程度。將補強面積集中在應力最高點，充分利用補強面積，使補強更經濟、合理。
    對比分析
    3.1.等面積法
    等面積法顧名思義：殼體截面因開孔被削弱的承受強度的面積，須有補強材料予以等面積補償，其實質是殼體截面因開孔喪失的強度，即被削弱的“強度面積”A乘以殼體材料在設計溫度下的許用應力[σ]^t，即A[σ]^t，應由補強材料予以補償，當補強材料與殼體材料相同時，則補強面積就等于削弱的面積，故稱等面積法。
    由于該方法僅從計算截面的一次平均應力概念出發，只考慮殼體計算截面的承載能力與內壓的平衡，因此是屬于滿足靜力強度的簡單方法。它對開孔結構安定性的保障是通過雙向受拉伸的無限大平板開孔問題所導出的孔邊應力集中系數≤3的模型近似加以考慮的，不過，此法由于長時間的使用，一般壓力容器使用條件也能滿足安定性要求，因此在工程設計中有著廣泛的應用。
    3.2.分析法
    該方法是基于較復雜的殼體極限分析方法，即根據塑性失效的觀點，假定部件由彈性—理想塑性材料構成，認為結構在相當多的部分發生屈服前不產生變形，且不考慮殘余應力對結構的影響。當加載時，最初材料呈彈性變形，隨著載荷的繼續增加，將在某處產生屈服。當載荷進一步增加時，屈服層便擴展以至增加到足以引起恒定載荷作用下產生流動，這時的載荷便稱作極限載荷，其分析方法也稱作極限分析法。
    由于該方法僅從開孔結構的極限載荷出發，也是一種考慮靜力強度的計算方法。采用此方法計算時，其開孔附近應力集中區的最大應力將允許有較高的許用值，結果將使開孔附近的最大應力作用沿著整個壁厚方向發生屈服，但是，由于它是局部的，因而不會導致容器失效。
    從以上數據可以看出，分析法無論從受力、還是補強厚度上都比等面積補強法優越得多，但分析法無論從選材還是制造上要求都很嚴格，必須將接管根部與殼體連接處做成一整體結構，適合于高壓容器的開孔補強，而等面積補強法更適合中低壓容器的開孔補強。
    適用范圍
    4.1.等面積法
    適用于壓力作用下殼體和平封頭上的圓形、橢圓形或長圓形開孔。當在克體上開橢圓形或長圓形孔時，孔的長徑與短徑之比應不大于2.0。
    4.1.1.對于圓筒
    當筒體內徑D_i≤1500mm時，開孔最大直徑 d_op≤ D_i ，且d_op≤520mm；
    當筒體內徑D_i＞1500mm時，開孔最大直徑  d_op≤ D_i ，且d_op≤1000mm。
    4.1.2.凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d_op≤ D_i 。
    4.1.3.錐形封頭開孔的最大直徑d_op≤ D_i ，D_i為開孔中心處的錐體內直徑。
    注：開孔最大直徑d_op對橢圓形或長圓孔開孔指長軸尺寸。
    4.2.分析法
    本方法是根據彈性薄殼理論得到的應力分析法，用于內壓作用下具有徑向接管圓筒的開孔補強設計，其適用范圍如下：
    4.2.1.d ≤0.9 D ，且max[0.5,d/D] ≤σ_et/σ_e≤1.5。
    設計舉例
    在牙哈項目中設計的12.6-1200×6000高壓計量分離器，它的設計條件是：設計壓力為12.6MPa，設計溫度為50℃，筒體直徑為DN1200mm，開孔從DN25～DN400不等。下面以一個DN450開口接管為例說明密集補強法的優越性：首先按照內壓容器計算公式，如果開DN450的孔，采用等面積法，由于開口補強，筒體厚度應為64mm，如果按照分析法計算，同樣接管厚度為48mm不變的情況下，筒體厚度為58mm，減薄了6mm。

    通過以上分析比較，容器除了受內壓外，在接管上還有各種外載及溫度的作用，因此，開孔以后不但削弱了器壁強度，并在開孔周圍產生了局部峰值應力，其數值很大，通常達到正常應力的5-6倍，因此容器破壞除了因材質、制造等原因引起以外，開孔附近應力集中也是容器破壞的一個相當重要的原因。壓力容器往往是石油、化工生產中的主要設備，制造要求較高，金屬消耗量大，因此設計時要根據使用條件、制造、安裝等全面考慮。針對某一點的應力狀態具體分析，使筒體的開孔補強計算更經濟、合理、減少投資，因此正確計算開孔附近局部應力大小并選擇恰當的的補強計算方法是非常重要的。