化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計及發(fā)展思考

王佳喜

摘 要：壓力容器在化工生產(chǎn)領(lǐng)域加工產(chǎn)品是必不可少的組成設(shè)備之一，科學利用化工壓力容器可以規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，盡可能降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全度。本文著重闡述了壓力容器使用過程中的使用具體規(guī)則，深入探討壓力容器設(shè)計方案以及在化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的特點，在此基礎(chǔ)上，探討未來發(fā)展意義，為我國化工產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供一些重要建議。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備;壓力容器;規(guī)范設(shè)計;發(fā)展思考

分類號：TQ051.3

引言：

壓力容器在化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵性意義，對于提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性、穩(wěn)定性具有重要作用，可以保證運輸環(huán)節(jié)更加便捷，控制成本投入，減少對生態(tài)環(huán)境的影響促進生態(tài)系統(tǒng)改善。因此，在開始生產(chǎn)時，需要考慮生產(chǎn)環(huán)節(jié)是否安全，以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)能否連貫、具有穩(wěn)定性等要素，在這些工作環(huán)節(jié)中，都應(yīng)當依托嚴格的生產(chǎn)環(huán)境和精密計算方法去進行產(chǎn)品生產(chǎn)，如此才能夠獲得精密度高的壓力容器，高效提升化工生產(chǎn)質(zhì)量。

一、壓力容器及化工設(shè)備壓力容器設(shè)計的理論基礎(chǔ)分析

（一）壓力容器簡介

壓力容器指的是內(nèi)部能夠容納一定體積或氣體的容器，它可以承載一定壓力、密閉性強、空氣含量較低。隨著壓力容器深入應(yīng)用到化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，我國為了便于管理生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全方位監(jiān)督，對壓力容器生產(chǎn)提供了明確分類，主要按照工作時能夠承載的負荷、介質(zhì)危害性以及生產(chǎn)效果三個項目進行分類，并開展容器設(shè)計，對于實驗規(guī)定作出了嚴格標準設(shè)計。此外，我國還強化了對壓力容器進口的管制力度，進一步提升了使用壓力容器的安全性，加大了對于壓力容器的研發(fā)力度。

壓力容器內(nèi)部承載負荷力較強，用途比較廣泛，涉及到多個化學應(yīng)用領(lǐng)域。相比較來說，在化學工業(yè)和石油工業(yè)當中應(yīng)用最為頻繁、最為深入。據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在化學工業(yè)中使用的壓力容器數(shù)量占據(jù)我國所有壓力容器比例的50%及以上。在民用領(lǐng)域中常見的壓力容器主要有以下幾種：蒸發(fā)器、貯氣罐等。

（二）化工設(shè)備壓力容器設(shè)計的理論基礎(chǔ)分析

在設(shè)計承載負荷壓力高的壓力容器時，需要將彈性失效準則作為設(shè)計是否合格的考核標準，主要有以下幾點要求：壓力容器中最初的科學應(yīng)力點應(yīng)該超出基礎(chǔ)上限，以后就可以實現(xiàn)快速塑性，但是會失去原本彈性狀態(tài)。如果分析對應(yīng)的重載核心，就可以將應(yīng)用材料模板簡化成基礎(chǔ)內(nèi)容進行計算，忽略局部應(yīng)用條件，然后按照不同的應(yīng)力狀況選擇相同類型的設(shè)備來達到最佳承載力，按照這樣可以盡可能彌補力的缺陷，保障安全性[1]。

隨著壓力容器設(shè)置參數(shù)的快速提升，形成了許多新型高強度材料，密度較高，承擔的負荷也更多，比如說碳素鋼、不銹鋼等材料都運用到了壓力容器當中，成為制作壓力容器不可替代的材料。與此同時，在設(shè)計壓力容器時，還納入了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，能夠更好的搭建壓力容器設(shè)計體系。在此背景下，傳統(tǒng)設(shè)計需要采用一般理論，而原有的彈性失效準則無法滿足當前化學工廠生產(chǎn)的需要，需要找到一種新的失效觀點去替代原有理論，比如說在使用彈塑性和塑性失效準則時，可以拓寬對應(yīng)用應(yīng)力的局限，還可以最大程度保障設(shè)備使用的安全性，在此環(huán)境下，生產(chǎn)現(xiàn)代壓力容器設(shè)計時，可以使用這一原則達到生產(chǎn)目的[2]。

二、化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計的有效措施

（一）對材料進行科學的選用

在化工產(chǎn)業(yè)中，很多原材料產(chǎn)品都具有自身特點，附帶屬性也不盡相同，不同環(huán)境下溫度控制條件也并不一致，很可能會導致材料燃燒，發(fā)生安全問題。因此，需要嚴格控制操控力度，否則可能會發(fā)生嚴重安全事故，導致不可估計的后果發(fā)生，這就需要在生產(chǎn)設(shè)計化工設(shè)備壓力容器時注意到更多的考核點和設(shè)計要求，國家也出臺了對應(yīng)安全規(guī)范標準，希望能夠全方位提升壓力容器生產(chǎn)質(zhì)量。化工設(shè)備容器長期都處于復雜條件下，在使用材料時需要提升安全性、穩(wěn)定性。在具體設(shè)計時，為了完善化工設(shè)備功能，通常會選擇密度較高的材料進行生產(chǎn)，還需要挑選一些混合型材料輔助使用，并且針對性的選擇加工技術(shù)，挑選合適的加工人員，這樣才能嚴格控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)，獲得理想的設(shè)計方案，得到高質(zhì)量生產(chǎn)效果。除此以外，材料選用和成本控制之間本身聯(lián)系密切，所以需要科學篩選設(shè)計材料。

為了達到以上要求，在涉及化工設(shè)備壓力容器時，設(shè)計人員需要了解各種使用材料的生產(chǎn)特點和保存溫度的要求，全面掌握儀器使用價值。在當前，金屬材料的應(yīng)用較為廣泛，隨著科學技術(shù)深入應(yīng)用到化工領(lǐng)域中，大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會使用金屬材料去代替原有材料。在篩選材料性能時，需要利用表格分析出各種材料的利弊，再進行性能的比較，最終選擇最合適的材料進行生產(chǎn)，比如說金屬材料，雖然性能比較優(yōu)越，但是在高溫或是濕熱環(huán)境下，容易受到腐蝕，會發(fā)生變形，所以一些壓力容器在制作時不能使用金屬材料，需要設(shè)計人員嚴格篩選設(shè)計材料種類，挑選最符合的材料進行壓力容器設(shè)計，投入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，獲得最佳生產(chǎn)效果。

（二）化工設(shè)備壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合上邊的闡述，已知彈性失效準則應(yīng)用到壓力容器設(shè)計領(lǐng)域已十分廣泛，但呈現(xiàn)原則滯后現(xiàn)象，在解決壓力耐壓系數(shù)過低的問題時，已不再適合原有理念，針對這一問題，需要根據(jù)現(xiàn)階段的化工設(shè)備生產(chǎn)特點，積極探索新的發(fā)展原則，生產(chǎn)出更加符合化工需求的壓力容器[3]。

首先，在選用鋼材時，需要從多個角度進行考量，所有的考核目標都合格后，才能夠選擇這種材料進行設(shè)計，比如說材料的溫度壓力、環(huán)境條件腐蝕性等，多個方面有針對性的開展生產(chǎn)工作。除此以外，不僅需要注重生產(chǎn)成本，還應(yīng)當注重設(shè)計環(huán)節(jié)，在設(shè)計環(huán)節(jié)中需要嚴格控制材料受壓程度，維持在一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，原因在于如果壓力過高會導致材料變形，最后生產(chǎn)出來的壓力容器尺寸較大，外殼厚度較高，不滿足化工生產(chǎn)需要。在后續(xù)運輸環(huán)節(jié)中，帶來不便，影響企業(yè)經(jīng)濟效益的獲取。

其次，為了減少生產(chǎn)材料總量，降低維修成本，盡可能將成本控制在一個可調(diào)控的范圍內(nèi)，在設(shè)計壓力容器時，需要嚴格篩選壓力容器特點進行充分考慮。比如說，對于頂蓋需要頻繁拆卸的壓力及容器，應(yīng)當設(shè)計一種快封式的拆卸模式，能夠盡可能降低產(chǎn)品維修成本。如果產(chǎn)品生產(chǎn)需要定期清理內(nèi)部零部件，進行保養(yǎng)維修，在設(shè)計產(chǎn)品時，需要在適當位置插入孔狀設(shè)計，定期清理內(nèi)部零部件，強化零部件的使用周期，降低維護成本。

除此以外，在設(shè)計化工設(shè)備壓力容器時，設(shè)計人員不僅要有一定的操作意識，還要有豐富的化學知識積累，這樣能夠更好的把控生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在設(shè)計方案出現(xiàn)問題時，及時進行修正，提升設(shè)計方案的實操性，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

三、化工設(shè)備壓力容器設(shè)計的發(fā)展前景分析

（一） 設(shè)計技術(shù)隨著時間推移而不斷提升

近些年來，經(jīng)濟快速發(fā)展，科學技術(shù)水平也保持著穩(wěn)步增長，在化工設(shè)備制造領(lǐng)域中，壓力容器設(shè)計方法也在持續(xù)更新，核心技術(shù)隨著化學研究領(lǐng)域逐漸深入不斷革新，衍生出了許多先進技術(shù)成果。比如說，我國學者在經(jīng)過大量的反復試驗和材料篩選以后，利用數(shù)據(jù)考核方案獲得了最新的管殼式換熱器管板的計算公式，這一公式被廣泛應(yīng)用到技術(shù)生產(chǎn)領(lǐng)域中。該公式主要具有以下幾個方面特性：首先，研究人員將換熱器看成一種體系模式，是由多個內(nèi)部零部件所構(gòu)成的，在應(yīng)用力學的理論下進行綜合考慮，并分析了解管板的作用和特點。其次，在削弱量板系數(shù)時，應(yīng)當控制每個管板單元的捆綁量。與此同時，也包含了管控中存在的原著格和圓環(huán)數(shù)量，按照實際的應(yīng)用效果來看，這一研究成果與受力情況相符合，也能夠與理論內(nèi)容契合，更加優(yōu)化完善理論內(nèi)容。與傳統(tǒng)公式相比，新公式的適用性和普及性都展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，能夠最大程度提升當前設(shè)備的安全性，降低設(shè)備投入成本。因此，新的科技成果涌現(xiàn)，能夠為我國化工設(shè)備壓力容器設(shè)計行業(yè)注入更多新鮮活力，促進行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

（二）更多新型材料的應(yīng)用

隨著科學技術(shù)不斷應(yīng)用到化工領(lǐng)域中，化工設(shè)備壓力容器可選擇的材料種類越來越廣泛，比如說在當前階段，較為熱門的納米材料應(yīng)用到了壓力容器設(shè)計環(huán)節(jié)中，這種新型微觀材料基于納米技術(shù)所制成，具有良好的穩(wěn)定性和耐熱性，而且質(zhì)量較小，能夠適應(yīng)壓力容器設(shè)計，成為化工設(shè)備領(lǐng)域或不可缺的熱門制造材料。近些年來，我國研究出了一種能夠自動修復使用磨損痕跡的材料，正在逐步探索，嘗試將其納入到化工設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域當中，如果成功將是一項巨大的科研成就，能夠有效降低生產(chǎn)成本。

此外，多種材料由于性質(zhì)不同，會得到大規(guī)模應(yīng)用。經(jīng)過大量的實踐研究，納米顆粒能夠高效率地傳輸熱力點，利用這種化學成分生產(chǎn)出的化工設(shè)備壓力容器質(zhì)量較高，大規(guī)模采用能夠促進化學材料工程發(fā)展，形成超微粒子，不改變化學成分。與此同時，還可以提升化工材料的利用率、穩(wěn)定性和安全性能，更高效率的使用。比如說，壓力容器的接管區(qū)域能夠承擔較高的負荷力高變區(qū)，可能會因為出現(xiàn)裂痕問題而影響設(shè)備的整體使用安全。如果使用納米技術(shù)，則可以按照具體要求來制造出高強度的新材料，應(yīng)用到化工領(lǐng)域當中，并在內(nèi)側(cè)設(shè)置耐腐蝕材料，組織成更加穩(wěn)定的高耐度材料，利用數(shù)字化技術(shù)形成接管區(qū)承壓部件。

（三）新技術(shù)的應(yīng)用

化工設(shè)備壓力容器設(shè)計到生產(chǎn)都離不開各個層面的支持，其中科技是最強有力的支撐和推動力，它們是息息相關(guān)的發(fā)展內(nèi)容，也是相互促進的潛在動力。當前，化工設(shè)備壓力容器產(chǎn)品大多都會采用新材料、新工藝來進行綜合研究，科學研制出智能化產(chǎn)品。在容器生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，需要注重生產(chǎn)過程的焊接和熱處理，這樣能夠最大程度保證最后生產(chǎn)出來的壓力容器設(shè)備是高質(zhì)量的，耐熱度也符合國家安全標準。由于信息技術(shù)快速發(fā)展，很多工業(yè)產(chǎn)品都進行了調(diào)試，與互聯(lián)網(wǎng)信息互相關(guān)聯(lián)，促進了設(shè)備的全自動化演變，特別是自動焊接設(shè)備的產(chǎn)生為化工容器質(zhì)量優(yōu)化帶來了高層次飛躍。熱處理方式的改進，也為容器整體外形提出了很高要求，只要運用了這些先進技術(shù)，就會帶來更廣闊、更前沿的發(fā)展環(huán)境，擺脫了原有生產(chǎn)模式的束縛，盡可能減少生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。除此以外，還可以優(yōu)化一些基礎(chǔ)零部件，削減那些大型的器件摩擦力程度，盡可能減少資源浪費。隨著計算機軟件的不斷開發(fā)，國外已經(jīng)研究出了先進的工程制圖軟件，再配合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的使用，能夠遠程遙控設(shè)備進行操作，推進化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)進步。此外，還可以利用編程技術(shù)來改變各類容器的設(shè)計容量，減少設(shè)計容差失誤。

（四）焊接質(zhì)量

在壓力容器實際生產(chǎn)過程中，焊接和熱處理兩項環(huán)節(jié)能夠提升產(chǎn)品質(zhì)量，強化化工設(shè)備壓力容器的耐熱程度。在當前，壓力容器的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，主要采用自動化計算機處理設(shè)計方案，其中還有一些自動化的焊接設(shè)備的應(yīng)用，也獲得了有效進步。除此以外，一些便于攜帶和能夠快速啟動的設(shè)備也得到了廣泛應(yīng)用。在原有的焊接施工作業(yè)中，現(xiàn)場環(huán)境往往比較惡劣，會產(chǎn)出較大噪音。在未來化工領(lǐng)域發(fā)展中，隨著信息技術(shù)的加入，生產(chǎn)環(huán)境會不斷改善，進一步優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量。

四、結(jié)語

綜上所述，我國經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢迅猛，化工設(shè)備生產(chǎn)的規(guī)模也不斷提升，化工設(shè)備壓力容器應(yīng)用到化工領(lǐng)域程度更加深入。本文著重介紹了化工設(shè)備壓力容器設(shè)計時需要遵循的原則以及其中存在的問題，不斷去探索，尋找更加有效的設(shè)計方案，闡述了較有效的生產(chǎn)材料以及相關(guān)維護方式，提出了一些解決意見，能夠最大程度上強化產(chǎn)品的安全性。

參考文獻：

[1]王玉明. 淺談化工設(shè)備壓力容器的規(guī)范設(shè)計與發(fā)展前景[J]. 中國化工貿(mào)易， 2017， 9（4）：61.

[2]李劍. 化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計及未來發(fā)展研究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2016（25）：1861.

[3]王穎. 淺談化工設(shè)備壓力容器的規(guī)范設(shè)計與發(fā)展前景[J]. 引文版：工程技術(shù)， 2016（5）：247.

2480501186383