淺談壓力容器設計應注意的問題

秦磊

摘?要：壓力容器是化學、石油、軍工和科研等行業(yè)中的重要設備之一，壓力容器在運行前，需要經過設計、?檢驗?、?安裝?、?制造?、監(jiān)督運行和維護等若干個環(huán)節(jié)，壓力容器設計作為所有環(huán)節(jié)之首，是壓力容器的研究和發(fā)展進程中的重要環(huán)節(jié)，設計的正確性、合理性不僅關系到隨后各個環(huán)節(jié)運行的難易程度，更是會對之后實際產品的制造成本和產品可靠性產生較大影響。壓力容器作為工業(yè)中的重要角色，在設計時必須重視設計人員的綜合素質，保證壓力容器的安全性和可靠性。本文通過對壓力容器設計方法和要求的分析，探討了壓力容器設計時應注意的問題。

關鍵詞：壓力容器;設計;相關問題;對策

引言

壓力容器的使用隨著現代工業(yè)規(guī)模和領域范圍的擴大越來越廣泛。但在壓力容器的運行上仍存在由于技術原因而導致的設計不完善等問題，這對壓力容器的正常使用和工業(yè)安全都會產生嚴重的影響。因此，必須加強對壓力容器設計相關問題的分析和總結，在生產中嚴格遵循“安全第一，?預防為主”的原則，結合國家相關標準和規(guī)定，切實保障壓力容器的設計質量，提高壓力容器的可靠性。

1.壓力容器的設計

1.1壓力容器設計方法

一般將壓力容器設計分為常規(guī)設計和分析設計兩種。常規(guī)設計以彈性失效準則為理論基礎，基于應力分析方法上，不再考慮局部應力、邊緣應力及熱應力等方面，也不會考慮交變載荷引起的疲勞問題，僅以板殼薄膜理論和材料力學結合簡化計算作為依據，采用較高的安全系數來保證安全性。分析設計在一定程度上很好的突破了常規(guī)設計中過于保守的局面，用新的設計觀點來解決相關問題，適應現代壓力容器發(fā)展需求，壓力容器設計時的失效原則，包括彈性失效準則、塑性失效準則、可靠性設計、斷裂失效和爆破失效等。

1.2壓力容器設計要求

在石油、化工、軍工、科研生產中，其生產過程非常復雜，如果設備生產工藝不過關，很有可能導致設備事故，使生產無法順利進行，甚至會威脅到工作人員的人身安全。一般在石油化工等行業(yè)對壓力容器的設計有以下幾點要求：①壓力容器設計必須滿足目的產品的相關規(guī)格要求，保證完成工藝生產。②壓力容器設計要考慮到其運行環(huán)境中的不安全因素，保證壓力容器運行的安全可靠。③結合壓力容器的運行環(huán)境，合理預定壓力容器的使用壽命。④在保證安全性的基礎上，盡可能為制造、?檢驗、交裝、操作和維修提供方便，降低壓力容器制造成本。⑤壓力容器設計要遵循結構簡單、?制造方便、重量輕、節(jié)約貴重材料等原則，實現壓力容器設計的經濟性。

2.壓力容器設計中需注意的問題

2.1?材料的選用問題

材料的選用會對壓力容器的強度、整體性能、使用年限等特性有著直接影響，因此材料的選擇是壓力容器設計中的關鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，要首先考慮用戶的使用需求，如容器大小、顏色等其它要求。其次，要考慮到壓力容器的運行環(huán)境（高溫高壓環(huán)境）對容器材料性質的影響。最后，設計者要完成對材料的力學性能、?耐腐蝕性能、?加工性能、材料來源及經濟性綜合分析評價，來確定材料的適用與否。在設計過程中，若需要對以選用材料進行加工時，要對加工后的材料基本情況進行重新分析，提高壓力容器運行安全性和可靠性。

2.2熱處理問題

對于符合熱處理條件的容器要在其成型后對其采取熱處理，從而恢復材料的性能。如鋼板受冷成形受壓元件、低合金鋼及碳鋼、盛裝高毒性、高危害介質的容器、在成形前不少于?16?毫米厚度或減薄量不少于10%的碳鋼或低合金鋼的容器、有應力腐蝕介質的容器等。但是大部分設計者在設計時對壓力容器的?封頭、殼體的熱處理的重視度較高，而忽視了接管設計的熱處理問題，這同樣是導致壓力容器設計不合理的因素。

2.3壓力容器的使用壽命

在以往壓力容器的設計過程中，壓力容器的使用壽命往往不是設計人員關注的重點，設計人員甚至不考慮設備溫度、材料等因素的影響，僅憑主觀臆測來設置壓力容器的使用壽命，這種情況很有可能會給壓力容器使用帶來不必要?的安全問題。最新的技術監(jiān)察規(guī)程要求設計人員在設計圖紙中，把該壓力容器的使用壽命明確的標記出來，表明壓力容器的使用壽命問題已經越來越受到人們關注。

3.壓力容器設計相關問題應對策略

3.1提高對材料選用問題的重視

壓力容器設計時，要求設計者既要注意到壓力容器外殼材料由厚變薄的內外部受力和耐腐蝕性分析，又要重視材料變厚時的受力情況以及管道彎折和部件連接部位的分析;確定減薄后的耐腐蝕程度、及對容器的內外部受力情況重新分析;重視應力變化在連接部位的套筒焊接或其他位置的焊接情況;對于材料變厚時的主體與構件連接位置及封頭位置要進行邊角削平處理。

3.2明確壓力容器的使用壽命

在壓力容器的使用壽命方面，主要對設計者提出了以下三點要求：①對容器安全使用年限應當根據材料的腐蝕速度和內外受力情況分析得出的最大腐蝕承受度來確定②要在圖紙中表明相應的使用條件和安全提醒，明確容器相關參數③要考慮壓力容器外部工作環(huán)境，在最惡劣環(huán)境中模擬最佳使用年限。

3.3熱處理問題對策

設計單位對壓力容器的接管的設計，可以設計成無縫接管和碳鋼、低合金鋼卷制，后者對成型后的熱處理環(huán)節(jié)要求較為嚴格，忽視熱處理環(huán)節(jié)會對鋼材強度、硬度、塑性產生負面影響，甚至出現裂紋。兩種設計方法都能實現設計要求，但在后者的使用上要十分注意熱處理環(huán)節(jié)的實施，尤其是特別厚的鋼板，對其進行冷加工之后，還要增加一步再結晶退火工藝，從而提高鋼板的強度，硬度和塑性。

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