壓力容器設計壓力的可靠性探討

王運生

【摘 要】常規(guī)的設計方法由于主觀隨意性較強，安全系數(shù)的可信度較低。在壓力容器設計中應用可靠性設計，不僅可以克服常規(guī)設計方法的弊端，還能提高容器的可靠性，保障容器的經(jīng)濟性以及安全性，因此需要大力地普及。

【關鍵詞】壓力容器；設計；可靠性

為了可以更好地推動我國壓力容器的穩(wěn)步發(fā)展，這就必須要提升我國自行設計壓力容器的技術水平，才能更好地加強壓力容器在生產(chǎn)中的重要性。在我國20世紀的70年代以來，我國已經(jīng)逐漸意識到應用力學理論對壓力容器設計的重要研究價值，并開始著手開始相應的工作，并且經(jīng)過四十多年的努力，我國工業(yè)領域在壓力容器的設計方面取得很大的進步和發(fā)展。

1 壓力容器的科學定義

一般來說，壓力容器與一般的容器相比，主要有三個方面的不同，其一，工作壓力。其二，內(nèi)直徑，其三，工作介質(zhì)。只有滿足以上三種條件，才是壓力容器。

同時，壓力容器的用途方面非常廣泛，其中主要是在石化，能源以及科研等多個國民經(jīng)濟部門都有著非常重要的作用，從內(nèi)部結構上看，壓力容器本體上可以分為筒體、封頭、法蘭以及密封元件，以及開孔、接管以及支座等幾個方面共同組成的，此外，還需要有配置安全裝置，表計以及一些不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件，如果是壓力容器由于密封和承壓等原因，很容易受到外界影響，就會發(fā)生一系列的爆炸，甚至會危及現(xiàn)場的工作人員和設備以及財產(chǎn)的安全，從國內(nèi)外的發(fā)展過程中來看，世界各國都已經(jīng)將其列為重要的檢查產(chǎn)品，并能由國家制定相應的機構按照國家相應的標準進行監(jiān)督和技術檢驗。

2 壓力容器設計的可靠性要求

在當前的石油化學產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是非常復雜的，一些設備生產(chǎn)工藝工程中任何設備出現(xiàn)的故障都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，或者使得生產(chǎn)根本就無法進行，危及到人身設備運行的穩(wěn)定性，但是，隨著我國石化工業(yè)的快速發(fā)展，壓力容器在各個領域都得到廣泛的運用，但是我們也應該要知道，在工業(yè)應用的高溫、高壓容器都需要承受較大的壓力和溫度的介質(zhì)，并且，操作條件非常苛刻，為此，在設計壓力容器對材料選擇和強度計算等方面要求較高。

2.1 設備運行的可靠性

在壓力容器的設計過程中，其中最為重要的便是設計的安全性，只有這樣，才能進一步確保完成相應的生產(chǎn)活動，而且，石油化工壓力容器一定要承受工藝生成過程中所需要的壓力，以及溫度和具備工藝生成過程中需要的規(guī)格和結構，同樣的，一般的化工生產(chǎn)物料是具有強烈的毒性和腐蝕性，如果是處理不好，就很容易引發(fā)火災，甚至是爆炸安全事故，只要壓力容器工作中能夠存儲一定的能量，如果是一旦被釋放出來，壓力容器的內(nèi)部存儲功能就會在很短時間內(nèi)進行釋放，具有很大的破壞力。

2.2 使用壽命的操作維修方便

在整體上看，化工物料能夠對殼體結構材料進行腐蝕，這是影響石油化工的壓力容器壽命的主要因素，如果是沒有對殼體結構進行研究，化工物料能使得容器器壁減薄，所以，在進行壓力容器進行設計壓力時，就必須要深入分析附加腐蝕的因素，只有這樣，才能確保壓力容器設計壓力的可靠性，同時，為了能更好地滿足某些特殊要求，我們就可以對頂蓋需要裝拆的實驗容器進行設計，盡量采用快拆的密封結構，這樣就能夠有效地避免使用笨重的主螺栓進行銜接，這樣就能夠在一定程度上避免容器的制造成本。

2.3 經(jīng)濟實用性

為了能夠更好地加強壓力容器的設計，這就必須要加強對安全性得到考慮，同時，在設計壓力容器上，一定要盡量考慮到其結構上的簡單，能夠便于制造和探傷，如果是存在一些一些超標，也能夠及時的發(fā)現(xiàn)，并得到妥善的處理，不單單能夠有效地降低壓力容器的制造成本，還能夠極大節(jié)約原料和減少維修費用。

3 壓力容器的設計壓力可靠性問題

在壓力容器的設計過程中，必須要設計出安全、可靠和經(jīng)濟的容器。在系統(tǒng)設置的安全閥，壓力容器的設計壓力與工作壓力這是我們必須要考慮的問題之一，但是，在對安全閥整定的壓力設計上可以選取容器的工作壓力，這樣，壓力容器的安全性就能夠得到保證，但是，如何來進一步加強技術上的可靠性，這是一個非常值得探討的問題，而且，在實際設計中，設計壓力以及安全閥的整定壓力可靠性已經(jīng)成為系統(tǒng)化的工程，例如，P與PZ和PW關系上的具體數(shù)值和工藝流程有關，也就是在最高的工作壓力的選取和安全閥的回座壓力有著密切的關系。如果是安全閥在壓力容器的正常運行狀態(tài)下處于泄露，或者是開啟之后不能正常的回歸到原位，這樣就會成為系統(tǒng)安全的一個壓力控制器，卻并不能起到一個防止壓力超額安全值的作用。

3.1 壓力特征和壓力差

在很多的研究過程中，相應的論述了容器的變化以及氣體安全閥壓力特性的關系，切實根據(jù)自身的標準的規(guī)定，從安全性的考慮上看，壓力容器的設計壓力應該要能夠整體上大于安全閥的整定壓力，這樣就能夠確保安全閥的壓力保持在一定的范圍內(nèi)，壓力容器在短時期內(nèi)能夠允許的工作壓力大于安全閥的排放壓力，同時，壓力容器所設計的壓力基本是上等于安全閥的整定壓力，這是現(xiàn)階段最為經(jīng)濟性的選擇。另外，我們還需要注意，在安全閥回座壓力是安全閥排放后可以重新進行與閥座進行接觸，也就是能夠開啟高度變?yōu)榱銜r，安全閥進口靜壓力，如果是泄露之后的壓力，就是通常在安全閥密封試驗壓力或者是密封喪失的壓力，這是當前安全閥芯和閥座之間的密封保證值。

從以上情況分析中可以看出，為了能夠確保壓力容器設計的安全性，就必須要確保壓力容器的正常工作壓力，其中就包括是正常運行的一切工況，例如是啟動、停車和流程波動等壓力變化，并能夠使得最高的工作壓力小于安全閥的回座壓力。第二，在壓力容器在最高的正常工作壓力小于安全閥的密封試驗壓力，這樣就能夠確保安全閥的正常運行狀態(tài)，確保安全閥的各項正常功能，而不應該將安全閥變?yōu)橄到y(tǒng)的一個壓力控制器。

3.2 壓力容器設計過程中需注意的問題

在我國目前的壓力容器設計過程中，常規(guī)的設計就是計算的電算化以及畫圖電腦化，設計者不僅僅要通過依賴電算，還要對國際相應的標準進行理解，如果是忽視計算過程，只是注重計算結果，這樣就會容易產(chǎn)生錯誤的結論和安全隱患。

尤其是在材料化工選用鋼材時，就必須要考慮到設備的設計壓力和設計溫度，能夠巧妙地處理好材料的焊接性能，另外，為了能夠考慮到經(jīng)濟的合理性，就不能夠盲目提高鋼板等級，在設計壓力較大時，以及結構尺寸過大時，如果是選用碳素鋼作為殼體材料，這樣不僅僅會嚴重導致了設備殼體壁厚增大，質(zhì)量上的增加，還會增加制造運輸和安裝土建等基礎性的建設費用，所以，我們就必須要注重選用材料，才能更好確保壓力容器的設計壓力可靠性。

4 結束語

總的來說，為了能夠更好地加強壓力容器的設計可靠性，這就必須要注重設計過程中所出現(xiàn)的問題，并提出相應的解決策略分析，只有這樣，才能穩(wěn)步推進壓力容器設計的科學高效性。

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[責任編輯：劉展]