壓力容器設(shè)計方法的進步

車達（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林 昌邑 132002）

隨著社會的發(fā)展，壓力容器在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。壓力容器技術(shù)參數(shù)的優(yōu)劣將直接影響行業(yè)的發(fā)展，因此，對壓力容器的設(shè)計方法需要進行不斷的改進，才能滿足行業(yè)的技術(shù)需求。在對壓力容器的設(shè)計方法進行改進的時候，可以結(jié)合應(yīng)用力學(xué)的相關(guān)理論。本文通過結(jié)合相關(guān)的案例，分析了采用應(yīng)用力學(xué)的理論改進壓力容器的設(shè)計方法。

1 壓力容器設(shè)計方法進步的分析

1.1 圓柱殼大開孔接管應(yīng)力設(shè)計方法的發(fā)展與進步

在設(shè)計壓力容器時，采用圓柱殼大開孔接管應(yīng)力設(shè)計的方法時，遇到的阻礙比較大，這是由于圓柱殼開孔接管受到來自多種負荷的共同作用時，如果這時支管和主殼的連接部位還存在幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)的問題，那么應(yīng)力就會集中在相貫區(qū)域。當(dāng)設(shè)備破損時，就會引發(fā)一些災(zāi)害性的事故。為了解決該問題，歐美的一些專家主要采用壓力面積的方法，而我們采用的是等面積補強法，但是這些方法都沒有從根本上解決技術(shù)問題，因為這些方法主要適用于一些開孔率較小的容器，因此，需要尋求更加合理的方法來解決大開孔接管的應(yīng)力設(shè)計問題。

針對這一問題，經(jīng)過多年努力，我們已經(jīng)尋找到突破口。研究者們對圓柱薄殼方程進行了修正，得到了Morley方程，該方程的主要貢獻是，能夠有效的解決開孔問題，它能夠得到精確的求解結(jié)果，并提高設(shè)計的精度。此外，在得到Morley方程之前，由于復(fù)雜精確方程引發(fā)了很多的數(shù)學(xué)難題，而Morley方程使此類問題得到了很好的解決。并且，通過相關(guān)實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，該方法的可靠性較高，適用范圍較廣。這是壓力容器設(shè)計方法的重大改進。

1.2 管殼式換熱器管板設(shè)計方法的發(fā)展與進步

管殼式換熱器是壓力容器設(shè)計的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要包括殼體、管箱、換熱管這幾部分，它在壓力容器中的作用非常大，能夠承受絕大部分的壓力，因此，它的設(shè)計對于壓力容器來說是至關(guān)重要的。首先，管板的中間部分與換熱器焊接，且本身需要鉆很多孔，管板與殼體、箱管也要分別進行焊接，在設(shè)計時必須保證它們之間的緊固性。其次，殼程和管程進行熱交換的流體介質(zhì)，在壓力和溫度方面都存在著明顯的差異，在設(shè)計時要分外注意。再次，在進行管殼式換熱器管板設(shè)計時，要充分考慮法蘭預(yù)緊力、溫差負荷以及壓差負荷同時作用于管板這一問題。因此，在設(shè)計時，要充分考慮以上這三方面的因素，根據(jù)壓力容器的結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理的設(shè)計，才能提高壓力容器的技術(shù)參數(shù)。

面對這一設(shè)計問題，研究者們提出，將換熱管看成由多個元件組成的彈性體系結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)用力學(xué)的相關(guān)理論，并結(jié)合實際工作時的負載問題，進行綜合的分析研究，這樣就能充分的考慮所有的影響因素，從而提升換熱管的參數(shù)，提高其工作的效率。另一方面，對于管板削弱系數(shù)的計算，研究者們獲得的計算公式，更加安全、科學(xué)、合理，它考慮到每個管板的單元不僅包括邊界為正方形的孔板，另外還包括管孔的圓柱殼，以及兩者間的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。充分考慮這些因素之后，得到的量板的彈性系數(shù)就更加的合理。

2 改進壓力容器設(shè)計方法的建議

2.1 遵照國際標(biāo)準(zhǔn)，提高壓力容器的設(shè)計規(guī)范水平

隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，我國的一些化工裝置也逐漸進入到國際的競爭市場中。面對激烈的競爭，一些歐美國家投入了大量的人力、物力，獲得標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的話語權(quán)。而我國在壓力容器的發(fā)展中，卻沒有與行業(yè)規(guī)模相適應(yīng)的話語權(quán)，這就說明，我國必須要提高壓力容器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的先進性，采用高新的技術(shù)手段，推動壓力容器在各行各業(yè)的發(fā)展進步。首先，要提高全社會對于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)技術(shù)研究的重視，遵照國際標(biāo)準(zhǔn)，提高我國壓力容器的設(shè)計規(guī)范水平，這樣才能形成自主的知識產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)。其次，要真正改變現(xiàn)狀，提高技術(shù)水平，是需要長期的努力的，這不僅包括研究者們不懈的努力，還應(yīng)該獲得各方領(lǐng)導(dǎo)的支持，才能行成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計方法。

2.2 合理的分析和吸收國際通行標(biāo)準(zhǔn)

對于國際壓力容器的設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來說，我們要持有學(xué)習(xí)、研究，但不迷信的態(tài)度，也就是說，針對一些先進的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我們根據(jù)國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r，進行科學(xué)的采納，而不是一味的照搬。在設(shè)計壓力容器的時候，要對應(yīng)用力學(xué)理論進行分析，對于合理的部分予以吸收，汲取標(biāo)準(zhǔn)中可續(xù)的內(nèi)容，對于一些不合理的規(guī)則，要大膽的摒棄，要秉承科學(xué)合理的實驗精神。

2.3 通過自主創(chuàng)新研究壓力容器的設(shè)計規(guī)范

對于壓力容器設(shè)計方法的改進，不僅要合理的吸收國際標(biāo)準(zhǔn)，更重要的是要具備自主創(chuàng)新的精神。只有具備自主研發(fā)的能力，才能夠推動壓力容器在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用。在規(guī)范壓力容器的設(shè)計方面，我們需要做的是理論、實踐和工程相輔相成，這三者缺一不可。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)理論，合理的判定壓力容器設(shè)計的正確性，進而通過實踐和工程驗證設(shè)計的科學(xué)性與合理性，這樣才能提高我國自主研發(fā)的能力。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對壓力容器設(shè)計方法發(fā)展與進步的研究，我國已經(jīng)獲得了突破性的進展，提高了自主設(shè)計和研發(fā)的能力，但是，在實際應(yīng)用中，與一些發(fā)達國家還具有一定的差距。因此，我們需要積極探索更加科學(xué)合理的方法，以提高我國壓力容器的設(shè)計規(guī)范水平。

[1]梁君坦.壓力容器設(shè)計方法進步研究[J].數(shù)字化用戶,2013,(15):79-79.