鋼制壓力容器有關(guān)設(shè)計參數(shù)探討

宋兆波

【摘 要】鋼制壓力容器的運用很廣泛，不管是煉油、醫(yī)學、工業(yè)，還是軍事、化學，都有此項技術(shù)的運用。由于壓力容器本身具有一定危險性，因此它的設(shè)計必須遵循國家規(guī)定和技術(shù)要求，否則就會出現(xiàn)一定的事故。筆者根據(jù)鋼制壓力容器的設(shè)計參數(shù)進行了探討，希望能對廣大的相關(guān)工作者提供一定的參考和依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鋼制；壓力容器；參數(shù)；設(shè)計；探討

凡是壓力大于0.1MPa，內(nèi)直徑大于0.15m，而且容積≥0.025m3，介質(zhì)為氣體或者液體的，這樣的容器就可以被稱為壓力容器。設(shè)計人員需要充分的利用安全技術(shù)規(guī)范、設(shè)計標準以及專業(yè)知識來進行設(shè)計，并且在設(shè)計的過程中降低風險、減小成本，不斷的總結(jié)工程設(shè)計經(jīng)驗。

1.鋼制壓力容器的設(shè)計參數(shù)

按照設(shè)計的壓力值和介質(zhì)的性質(zhì)（毒性和易燃性），應(yīng)該將壓力容器分為三種。

1.1高壓容器

這種容器具有極大的毒性和易燃性，10MPa≥P大于等于100MPa，它的毒性程度遠遠高于其他壓力容器，易燃程度也很高，其P.V≥0.5MPa.m3的中壓反應(yīng)容器和P.V≥0.5MPa.m3的中壓反應(yīng)容器和P.V≥10MPa.m3的中壓儲存容器。

1.2低壓容器

這類容器一般沒有毒性或者毒性比較輕，易燃程度也很低，僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)。0.1MPa≤P≤1.6MPa。

1.3中壓容器

易燃程度為中等，毒性程度也為中等，僅限易燃或者毒性程度為中毒危害介質(zhì)，1.6MPa≤P≤10MPa。

2.設(shè)計鋼制壓力容器時需要的材料

2.1材料選擇的要求

在選擇材料的時候，國家制定的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中，對確定壓力容器材料設(shè)計應(yīng)力強度的要求有所降低，比如碳素鋼、低合金鋼以及管材的nb被調(diào)小了，鍛件、管材的n也被調(diào)小了，其他的強度指標都沒有變，這會在一定程度上提高材料的許用應(yīng)力。對于設(shè)計人員來說，選擇安全系數(shù)最小才材料會降低設(shè)計成本，這是一個重要的問題。

設(shè)計人員還應(yīng)該正確的理解《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中對鋼板的標準和要求，設(shè)計的文件中必須對材料的種類、性能、標準等有明確的要求，另外還要有檢測超聲的方法和技術(shù)要求。

對于有腐蝕要求的壓力容器或者受壓元件，應(yīng)該明確此類材料的耐腐蝕實驗方法和對應(yīng)的符合性數(shù)據(jù)，和一般的設(shè)計不同的地方就體現(xiàn)在這一點。在設(shè)計的時候，最好將所有受壓元件的名稱、材料種類在設(shè)計文件中進行明確，這樣才能保證設(shè)計的質(zhì)量。

2.2材料的選擇

2.2.1低合金鋼

此種材料的強度和韌性都比較高，它有15MnvR、16MnR等幾種不同型號可供選擇，在實際的運用中，液化氣站運用的較多的是16MnR。此外，又有一家公司研發(fā)出了新的低合金鋼種類，這種新的低合金鋼不但強度高、柔韌度高，還不會產(chǎn)生斷裂。

2.2.2高合金鋼

這種材料的優(yōu)點是能夠耐腐蝕，即便是在高溫條件下，它也不會產(chǎn)生斷裂。此外，它的強度和柔韌度也是非常高的，唯一的缺點是價錢很高，因此選材的時候應(yīng)該注意。

3.對壓力容器進行檢測

對壓力容器進行檢測的目的，是為了及時的發(fā)現(xiàn)容器是否有損壞，設(shè)計文件中應(yīng)當對檢測方法、檢測部位、檢測技術(shù)等進行明確的規(guī)定，發(fā)現(xiàn)缺陷和損壞要及時的采取措施。此外，設(shè)計人員應(yīng)當對缺陷和損壞有一定的認識，否則就不能防范風險和隱患。如果設(shè)計人員缺少識別缺陷的能力，也沒有提出檢測的方法，就容易在設(shè)計中造成一定的錯誤。

4.對應(yīng)力的評定

如果某截面上只有正應(yīng)力，沒有剪應(yīng)力，那么這就是主應(yīng)力。應(yīng)力分類的目的是為了對不同應(yīng)力分別進行評定，采取不同的應(yīng)力強度極限來代替原來的應(yīng)力值，但是不能夠降低設(shè)計的安全性。分析設(shè)計參數(shù)的時候，不能對應(yīng)力本身進行評定，而是要對“應(yīng)力強度”進行評定。設(shè)計標準的分析不能夠和一般的設(shè)計標準分析一樣，它一般使用的都是最大剪應(yīng)力理論（最大剪應(yīng)力的大小=第一主應(yīng)力與第三主應(yīng)力代數(shù)值之差的50%）。因此，應(yīng)力強度=第一主應(yīng)力-第二主應(yīng)力。

另外，計算應(yīng)力強度的時候要注意，首先要把所有的應(yīng)力以同一坐標系中的應(yīng)力分量分別求其代數(shù)和，然后用所求到的合應(yīng)力分量求取第一和第三主應(yīng)力，這樣就可以算出應(yīng)力的強度了。一些設(shè)計人員在計算的時候，采用先算所有應(yīng)力的應(yīng)力強度，然后把它們相加的方法，這是錯誤的。

5.受壓元件的參數(shù)及選擇

壓力容器中的受壓元件同樣很重要，因此要重視它的參數(shù)設(shè)計，也要科學的選擇附件，如果附件選擇錯誤，就有可能導致整個設(shè)計失敗?！豆潭ㄊ綁毫θ萜靼踩夹g(shù)監(jiān)察規(guī)程》中明確的規(guī)定了選擇附件的要求，比如在毒性程度較大、易燃程度較大的情況下，應(yīng)當嚴格的執(zhí)行相關(guān)的要求和規(guī)定，進行安全的選擇。

6.壓力容器盛裝的介質(zhì)組分

壓力容器盛裝的介質(zhì)組分在設(shè)計中也很重要，因此設(shè)計人員必須遵循安全、慎重的原則，認真查看《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中劃分的介質(zhì)組分，尤其是液化氣和天然氣的部分，更加深刻的理解液體介質(zhì)或者液化氣的概念，同時，還要在設(shè)計文件中提出壓力容器的厚度、介質(zhì)的要求、設(shè)計的規(guī)范、檢驗的參數(shù)等等，這樣才有利于設(shè)計人員更科學合理的進行設(shè)計。

7.壓力容器設(shè)計使用壽命

壓力容器也有使用壽命，很多因素都能對其產(chǎn)生影響，比如周期性載荷的時間性、工作人員不規(guī)范操作、操作環(huán)境達不到要求、腐蝕裕量中包含的設(shè)計壽命因素等等。設(shè)計人員應(yīng)該在確定容器設(shè)計使用壽命的基礎(chǔ)之上，將這些因素都考慮進行，選擇合格的材料、確定腐蝕裕度、對制造容器的過程進行嚴格的監(jiān)督等。

8.總結(jié)與體會

以上對鋼制壓力容器設(shè)計的參數(shù)進行了一系列的分析，如果鋼制壓力容器設(shè)計和制造不當，就會為容器的安全性能帶來一定的隱患。所以，壓力容器的設(shè)計必須遵循要國家規(guī)定和技術(shù)要求，并且還要在降低風險和成本的基礎(chǔ)下進行，這樣才能使設(shè)計工作符合達到要求。

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