我國壓力容器制造的主要特征和存在問題

楊正海　張維俊

摘 要：壓力容器是現(xiàn)代工業(yè)最常用的存放具有有毒有害、高壓、易燃易爆等特點的氣液體的空間，其安全性、穩(wěn)定性直接影響一線操作者的生命安全，及設(shè)備周圍的財產(chǎn)安全。由于壓力容器的特殊性，國家制定了一系列的強(qiáng)制技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，保證其制造的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和使用年限的要求滿足，同時考慮制造過程中存在的問題，加以綜合制造。

關(guān)鍵詞：壓力容器；制造；主要特征；問題

在現(xiàn)代社會，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些易燃易爆的氣體和有毒有害的液體需要儲存或者運輸，化工上使用的壓力容器有別于一般容器，就是用于存儲或運輸那些特殊的氣體或液體，屬于一種特種設(shè)備，容易造成群死群傷的惡性事故。但是壓力容器的壓力等各方面要求，隨著科技的進(jìn)步，社會的發(fā)展不斷提高。壓力容器在制造過程中涉及到很多技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)根據(jù)國家《鋼制壓力容器——分析制造標(biāo)準(zhǔn)》（JB4732—95）進(jìn)行相關(guān)制造，保證壓力容器的正常使用。

1 有關(guān)概念簡介

根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，給出了所謂的壓力容器就是正常狀態(tài)下容器內(nèi)壁可以達(dá)到的最大壓力大于100Pa；而且內(nèi)徑大于15mm（如果是方形截面，就是高和寬或是對角線）；并且容器中存放的是高壓氣體或是沸點較低的溶液等，壓力容器是用于天然氣、汽油等化工產(chǎn)品的儲存或運輸設(shè)備。一般的壓力容器包括支座、筒體、法蘭、密封設(shè)備、開孔及接頭等結(jié)構(gòu)組成。另外，還有安全設(shè)備、壓力表等顯示設(shè)備。由于壓力容器中存放的是高壓氣（液）體，如果保管不當(dāng)，很容易造成人員傷亡和財產(chǎn)損失等，所以每一個國家指派專業(yè)人員定期開展檢查其壓力耐受情況等。

2 我國壓力容器的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)及制造特征

壓力容器的制造要求和國家在這方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是根據(jù)其實際生產(chǎn)實踐過程中的用途決定的。壓力容器存放的是高壓易燃易爆的氣（液）體，有些介質(zhì)還存在很強(qiáng)的腐蝕性，對壓力容器的要求十分苛刻，下面總結(jié)一下國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及制造特征：

首先，提高安全系數(shù)，化工企業(yè)使用的壓力容器首先能夠完全承受生產(chǎn)過程中對其內(nèi)壁的高壓、高溫、高腐蝕等要求，壓力容器要從材料、焊接縫、開孔補(bǔ)強(qiáng)等方面做出具體制造，以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。一旦壓力容器老化不再能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，將引起惡性事故的發(fā)生，有毒有害的氣液體將從壓力容器中流出，污染環(huán)境，危害人民生命和財產(chǎn)安全；如果壓力容器爆炸，體內(nèi)的高壓氣液體將釋放，不比一個炸彈的威力小。

其次，定時報廢時間嚴(yán)格把關(guān)，使用年限的出現(xiàn)原因是壓力容器中的氣液體可能具有很強(qiáng)的腐蝕性，這就是壓力容器出現(xiàn)使用年限要求的因素之一，腐蝕介質(zhì)在壓力容器中運動還將加快對其內(nèi)壁的腐蝕速度，另外還有壓力長期超過工作壓力，臨界壓力時，對壓力容器的使用年限也有很大的影響。同時在制造時，要進(jìn)一步考慮以后的維修簡單，這樣一來可以有效降低維修費用及維修難度等。

最后就是經(jīng)濟(jì)要求。壓力容器制造是，考慮到安全，但更要考慮經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)濟(jì)性和安全性表面上是矛盾對立的，如何將壓力容器制造既經(jīng)濟(jì)又安全，使用年限長，這就是要平衡好這一對對立統(tǒng)一的問題。

3 制造方法進(jìn)一步探索

壓力容器設(shè)備屬于特種設(shè)備，有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其制造方法有一般和剖析兩種制造。所謂的一般制造就是按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性步驟一步一步制造，一般制造就是一種經(jīng)驗制造，理論支撐就是彈性實效準(zhǔn)則即容器中的最大應(yīng)力點達(dá)到屈服極限時，材料實效，所以在制造計算中，考慮的都是最大應(yīng)力，另外根據(jù)經(jīng)驗值，得出安全系數(shù)，并偏高選取，保障其安全性能的實現(xiàn)。剖析制造主要是一種根據(jù)壓力容器存有氣液體時，分析其表面及內(nèi)壁的壓力分布，然后進(jìn)一步制造結(jié)構(gòu)。由于其計算量大，要求精準(zhǔn)性高，剖析制造充分利用計算機(jī)技術(shù)，剖析制造利用彈性應(yīng)力分析和塑性實效準(zhǔn)則和彈塑實效準(zhǔn)則等多種理論支撐，充分制造計算存在的各種應(yīng)力分布。

4 制造中尚需解決的難題

壓力容器在制造過程中，還有一些問題需要進(jìn)一步考慮和關(guān)注。

首先，開孔補(bǔ)強(qiáng)涉及的方面，任何容器都要打孔，開孔的直徑、位置等問題都是要考慮制造的。當(dāng)孔的直徑較大時，內(nèi)壁補(bǔ)償壓力區(qū)域發(fā)生變化，即區(qū)域面積縮小，這時將補(bǔ)償壓力的材料盡可能靠近開孔處。

4.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)的相關(guān)概念

一般情況下，壓力容器都會有開孔工藝，開孔的目的主要是接管的安裝需要，還有就是為了進(jìn)一步有效檢修的需要，平常維護(hù)的需要，開孔后，壓力容器的周應(yīng)力將發(fā)生變化，需要重新考慮應(yīng)力分布情況，肯定直接影響壓力容器的整體強(qiáng)度，為壓力容器造成威脅，對其安全、穩(wěn)定、可靠的保障造成直接影響，尤其是開孔的那部分區(qū)域存在著受力不均的問題，形成局部的高壓力和另一部分低壓力，使之差值逐漸拉大。另一方面，工業(yè)中的環(huán)境情況惡劣造成了壓力容器長期暴露在風(fēng)吹日曬中，開孔部分更是容易造成腐蝕的地方，其安全性造成威脅，同時開孔處也是連接處，密封的整實性也是值得考驗的地方，容易造成破損，給壓力容器帶來更多的威脅因素。國家關(guān)于《壓力容器》（GBI50—2011）技術(shù)規(guī)范中提出了通過開孔補(bǔ)強(qiáng)來彌補(bǔ)開孔造成的各種威脅可能，開孔必須補(bǔ)償壓力。

現(xiàn)在社會科技發(fā)展，針對這三種截然不同的應(yīng)力有三種不同的制造方案和思路，確保壓力容器的安全可靠，下面逐一介紹。

4.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的制造思路及具體方法

第一種方法及思路：補(bǔ)強(qiáng)圈板制造，滿足彌補(bǔ)部分薄膜應(yīng)力，也是開孔補(bǔ)強(qiáng)的主要方法，在這一領(lǐng)域經(jīng)常使用。該種方法就是將補(bǔ)強(qiáng)板焊在壁內(nèi)，實質(zhì)就是增加部分區(qū)域的壁厚，從而增強(qiáng)開孔區(qū)域的器壁強(qiáng)度，削弱了部分薄膜應(yīng)力的分布。壓力容器的生產(chǎn)中，將一塊鋼板焊在器壁外壁上比焊在內(nèi)壁更加容易操作，一般生產(chǎn)過程中，我們還是將其焊在容器壁外。

第二種方法及思路：厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)，此種方法也是開孔補(bǔ)強(qiáng)的重要手段。此種方法的第一項工作就是管體材料的選取，選取依據(jù)就是要和器壁材料一致，至少是屬于同一大類，這樣的話，材料特性及強(qiáng)度大致一樣，就算是發(fā)生了塑性變形，兩部分之間的連接處不存在走形開裂等問題。材料特性及強(qiáng)度選取強(qiáng)于壓力容器器壁的材料作為接管是錯誤的思路，這種影響是反面的，焊接時會發(fā)生塑性變形，由于接管與容器器壁材料的強(qiáng)度不一致，這種變形將造成焊接處開裂，甚至斷裂情況的發(fā)生。接管的管體應(yīng)選擇無縫鋼管或是鍛造材料制作，降低誤差產(chǎn)生，導(dǎo)致焊接出問題。無縫鋼管所承受壓力較好，適合于補(bǔ)強(qiáng)要求較高的壓力容器情況，鍛件材料較無縫鋼管承受壓力較低，補(bǔ)強(qiáng)要求不高時可以使用。

第三種方法及思路：整體鍛材補(bǔ)強(qiáng)制造，該種制造將壓力容器的整體應(yīng)力全面削弱，而且此種方法最大的優(yōu)點就是沒有新的應(yīng)力產(chǎn)生。相比以上兩種方法思路，整體鍛材補(bǔ)強(qiáng)效果是比較理想的，在加工焊接鍛材與壓力容器開孔處時，焊接的要求比較嚴(yán)格，這樣的話經(jīng)濟(jì)效益下降，不利于節(jié)本增效。

最后，器壁壓力問題，如果殼層壓力小于管層壓力（管殼型換熱器），一般制造計算方法就是假設(shè)兩者相等，再校對圓筒正常壓力時的軸向應(yīng)力。壓力容器制造要兼顧工藝和安全兩個方面，權(quán)衡二者，制造效果較為顯著。

5 結(jié)語

壓力容器的制造要求和制造方式牽涉到很多方面的問題，還有很多國家強(qiáng)制性的技術(shù)規(guī)范和要求，根據(jù)這些技術(shù)要求，尋求其制造方式方法，但是在制造過程中，還存在多種困難和問題，需要制造時加以綜合考慮，有一些問題出現(xiàn)后，我們在制造時加以補(bǔ)救，例如一些承壓實驗不能做，在制造時，考慮增加材料厚度等辦法來彌補(bǔ)。總而言之，壓力容器是一種特種設(shè)備，其安全性、可靠性要得到完全的保障，不能出一點問題，不然后果不堪設(shè)想。

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