關(guān)于壓力容器設計中的問題及控制措施

陳軍田

摘要：隨著我國工業(yè)化建設不斷深入，壓力容器已廣泛的運用于各領域中。壓力容器的有效運行與其設計質(zhì)量有重要的關(guān)系。本文針對在壓力容器的設計過程中如何提高設計質(zhì)量，避免發(fā)生重大損失，提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：壓力容器設計 問題研究質(zhì)量控制

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A

一、壓力容器設計

在壓力容器設計時，要根據(jù)設計壓力、溫度、介質(zhì)特性等一系列參數(shù)合理選擇材料、進行有效的受力分析和計算、確定容器的壁厚和直徑等。所以，在實際的設計過程中，選擇參數(shù)要合理，計算要準確，做到設計的流程標準化和精準化。

分析設計要求的各項參數(shù)指標。在進行設計之前，對于參數(shù)的有效分析，是容器質(zhì)量保障的關(guān)鍵。通過合理的數(shù)據(jù)分析，保障設計所用的材質(zhì)符合設計的要求。同時，通過合理的參數(shù)分析，可以把握好各項容器的設計標準，避免了設計參數(shù)不達標的問題出現(xiàn)。對于容器的受力情況的精準計算是容器設計質(zhì)量的一個關(guān)鍵保障。壓力容器應具有良好的受力結(jié)構(gòu)，以保障其工作安全的運行。在容器壁上的各個口徑、支座等部件的設計時，要保證其罐體的均勻性，注意其罐體的局部受力情況。

二、壓力容器設計中容易忽視的問題

在壓力容器的設計過程中，有些重要的問題容易被忽視，從而造成容器質(zhì)量上存在諸多的安全隱患，影響設備的設計質(zhì)量，使得設備在實際的使用運行中出現(xiàn)非常嚴重的安全問題。

（一）材料的問題

在壓力容器的使用過程中，對壓力容器的承受力有著嚴格的要求。壓力容器的材料用鋼需要根據(jù)設計的需求，對鋼材的諸多的紋理性質(zhì)進行有效的加工改造。在實際的設計中，為了讓壓力容器能夠承受較高的壓力，會相應的增加所用鋼板的厚度，來提高其抗壓能力。但在設計過程中，如果一味的追求壓力容器的抗壓能力，也是不對的?；び娩摬牡倪x用除考慮設備的設計壓力、設計溫度、介質(zhì)特性、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結(jié)構(gòu)外，還需要考慮其經(jīng)濟合理性。盲目地提高鋼板厚度是錯誤的。

1.當設計壓力較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大而使設備殼體壁厚較大時，如殼體材料仍選用碳素鋼（如Q235）將導致壁厚增大、質(zhì)量增加，不僅多用金屬材料，而且會導致制造、運輸、安裝、土建基礎等的費用提高，因而提高了總的工程造價?！阍谝詮姸瓤刂茷橹鞯那闆r下，當殼體壁厚超過8mm時，應優(yōu)先選用低合金鋼。當設計壓力較小、直徑較大、以剛度控制或以結(jié)構(gòu)設計為主時，應盡量選用普通碳素鋼。

2.HG/T20581—2011鋼制化工容器材料選用規(guī)i蟄中第5.1.2條“同時符合下列條件的高溫壓力容器主要受壓元件用鋼應按爐罐號，復驗設計溫度下的屈服強度值，其值不得低于相應許用應力值的1.6倍（奧氏體鋼為15倍）。包括：設計溫度大于300℃；設計壓力大于1.6MPa；鋼材厚度大于等于20mm：鋼材主要截面以承受一次薄膜應力為主，且其厚度取決于強度計算的結(jié)果。

（二）法蘭問題

我國在法蘭設計上制定了嚴格的標準規(guī)范，對各種法蘭都有非常具體的嚴格要求。在進行壓力容器設計時，由于設計者疏于對法蘭的使用，不能嚴格的按照設計標準進行法蘭的有效選擇，從而導致法蘭選擇不合理，比如在使用過程中，法蘭變形、泄漏等，嚴重影響了設備的使用壽命。而且從壓力容器的受力情況來看，不同類型的法蘭，其受力的側(cè)重點是不一樣的。因此，設計者應該準確的選擇法蘭的類型。在選擇標準設備法蘭時，首先應根據(jù)壓力容器的介質(zhì)特性、溫度、壓力來選取相應的法蘭材料、壓力等級及法蘭型式等。材料的選取要在整個容器選材時統(tǒng)一考慮，尤其在進行壓力等級選取時，一定要按照標準法蘭的最高工作壓力，注意相應的適用范圍和附加要求。

（三）分氣缸的設計問題

在進行分氣缸設計時，容易忽視分氣缸的出氣口和進氣口之間的有效距離。在設計的過程中，應根據(jù)具體的工藝參數(shù)，確定兩者之間的距離是十分重要的。另外合理控制好分氣缸的開口和環(huán)焊縫之間的距離也是十分重要的。應避免在焊縫處開孔，并保證兩者之間有一定的距離，以減小局部應力的影響，進而保障分氣缸的正常工作。對于分氣缸的支架鋪設，不能隨意確定支架的位置，要根據(jù)設計需求，合理設置，盡量加強支架的穩(wěn)定性。

（四）儲氣罐的設計問題

對于儲氣罐的設計，對其罐體的材質(zhì)有著很高的要求，要選擇合理的鋼材來滿足其抗壓的需求。切忌過于追求壓力容器的抗壓能力，而忽視了材質(zhì)的選擇。同時，在設計的過程中，要充分的考慮儲氣罐的罐體長度和直徑之間的關(guān)系，盡量把兩者之間的比值控制在設計的要求范圍之內(nèi)，不能過于的追求罐體的直徑。

三、解決壓力容器問題的措施

1.材料的選擇。在材料選擇方面，除需要考慮材料的耐蝕性及足夠的強度和剛度外，還應考慮其經(jīng)濟合理性，通過選材合理，來降低材料厚度，減少生產(chǎn)成本。另外，良好的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可以很好的避免抗壓力不足或泄露帶來的事故。

2.法蘭的選擇。基于法蘭的規(guī)格具有嚴格的規(guī)范性，因而在設計時需要注意不同結(jié)構(gòu)部位的法蘭選擇，因為不同規(guī)格的法蘭，其受力的情況存在較大的差異。在選擇標準法蘭時，除根據(jù)設備的設計壓力、溫度及介質(zhì)特性進行選擇外，還應考慮法蘭的最大允許工作壓力，避免因未考慮法蘭的最大允許工作壓力而導致法蘭選擇等級過低，影響設備的安全使用。在選用《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）標準中的設備法蘭時，應注意以下幾個方面：第一，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）3.2對法蘭的腐蝕裕量有最大腐蝕裕量的要求，即“本標準中乙型法蘭的適用腐蝕裕量為不大于2mm，當腐蝕裕量超過2mm但不大于3mm時，應加厚短接厚度2mm。長頸對焊法蘭的適用腐蝕裕量不大于3mm?！痹谠O計過程中，當壓力容器腐蝕裕量超過上述適用的腐蝕裕量數(shù)值時，往往因為沒有注意到這一條而直接選用了標準法蘭。第二，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.5.2規(guī)定：與長頸法蘭相連接的圓筒厚度應不小于JB/T4703中規(guī)定的對接筒體最小厚度δ0，且筒節(jié)長度不小于（DNδ0）1/2。當對接圓筒厚度小于最小對接圓筒厚度時，應按JB 4703中表3要求調(diào)整法蘭總高度H（其他尺寸不變），并連同法蘭厚度在標記中標明。JB/T 4703中給出了最小對接圓筒厚度，當長頸法蘭與小于該最小厚度的筒節(jié)對接時，通過計算與較薄筒節(jié)對接時長頸法蘭需要加長直邊段長度以增加法蘭的強度，來滿足與較薄筒節(jié)對接要求。第三，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.6.1.2規(guī)定：對長頸法蘭，當工作壓力大于或等于0.8倍本標準中規(guī)定的最大允許工作壓力時，法蘭與圓筒的對接焊縫必須進行100％的射線或超聲檢測，檢測方法按JB/T 4730進行，射線檢測Ⅱ級合格，超聲檢測I合格。

3.對于分氣缸中的問題，主要需要加強出氣口和進氣口之間的距離控制，在進行設計的時候，需要基于其用途進行合理的計算，這樣才能精準地設計其兩者的距離。

4.在對于儲氣罐的設計中，要特別注意儲氣罐的材質(zhì)選擇和尺寸設計。尤其對于儲氣罐的罐體直徑和長度之間的比值，需要合理的控制在設計的要求范圍之內(nèi)，同時在設計的過程中需要合理的考慮罐體的實際使用性能。

四、結(jié)語

綜上所述，我們可以清晰的知道在進行壓力容器的設計時，有諸多的關(guān)鍵技術(shù)不能被忽視掉，諸如材料、法蘭等問題。而且通過上述的系統(tǒng)論述，可以有效地防止一些不該出現(xiàn)的錯誤發(fā)生，規(guī)范壓力容器的設計，提高科技人員的設計水平。