壓力容器設(shè)計(jì)中的常見問題及對(duì)策

摘要：壓力容器作為工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的裝置，其在各工業(yè)領(lǐng)域中的地位也越來越重要。但是壓力容器的危險(xiǎn)性較大，其直接影響著工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全，因此加強(qiáng)對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)的研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。文章對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的解決策略。

關(guān)鍵詞：壓力容器；無損檢測(cè)；容器設(shè)計(jì)；使用年限設(shè)計(jì)；容器材料選擇；氣密性試驗(yàn)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ052 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.031

所謂壓力容器，就是指用來盛裝液體或氣體，并能承載一定壓力的密閉性設(shè)備。就目前來說，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，壓力容器的種類也愈來愈多。從壓力容器的承壓等級(jí)來說，壓力容器可以分為低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器；按盛裝介質(zhì)來說，可以分為易燃有毒、非易燃無毒、劇毒等；按加工工藝的不同，可以分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器以及貯運(yùn)容器。近年來，為了加強(qiáng)對(duì)壓力容器的安全監(jiān)管，我國(guó)相關(guān)部門出臺(tái)了相關(guān)的法令法規(guī)，如《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》等，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)項(xiàng)目等進(jìn)行了規(guī)定。但就目前來說，我國(guó)很多行業(yè)所使用的壓力容器或多或少出現(xiàn)了一定的問題，造成了一定的負(fù)面影響。究其原因是，壓力容器的設(shè)計(jì)工作不到位。下面，筆者將就壓力容器設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行深入探討。

1 壓力容器設(shè)計(jì)中的常見問題

1.1 使用年限設(shè)計(jì)中存在的問題

合理的使用年限設(shè)計(jì)，將會(huì)對(duì)壓力容器價(jià)值的發(fā)揮產(chǎn)生十分重要的影響，同時(shí)，這也有利于維護(hù)使用者的生命健康安全。但就實(shí)際情況來看，很多壓力容器的使用年限設(shè)計(jì)不合理。比如，在使用壓力容器過程中沒有考慮應(yīng)力腐蝕因素，將壓力容器的使用年限設(shè)定為一種理想化的狀態(tài)。這樣一來，很多壓力容器的使用年限就會(huì)超過限定年限，導(dǎo)致其在使用過程中存在較多的安全隱患。一旦操作不當(dāng)，壓力容器就會(huì)發(fā)生爆炸等，對(duì)使用人員造成嚴(yán)重的威脅。

1.2 壓力容器材料選擇中存在的問題

工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的材料是制約產(chǎn)品性能的關(guān)鍵性因素，材料的不同使得各個(gè)產(chǎn)品的屬性也有所不同，原材料的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，將會(huì)嚴(yán)重影響成品的性能。對(duì)于壓力容器亦是如此，材料的問題是壓力容器設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵問題。壓力容器的使用環(huán)境較為惡劣，很容易受到腐蝕等作用。因此，在設(shè)計(jì)壓力容器之前都會(huì)事先選擇好施工材料。但是，由于生產(chǎn)過程中各種要素的變化，原有材料也要發(fā)生相應(yīng)地改變，例如壓力容器生產(chǎn)制造商的變化、客戶需求的變化等。而很多生產(chǎn)單位并沒有注意到這些因素，在發(fā)生條件變更時(shí)仍然選用原有的材料，導(dǎo)致容器容易出現(xiàn)問題。如用戶要求將材料加厚，這時(shí)設(shè)計(jì)人員往往容易忽略容器材料加厚也可能造成脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，而不重新考慮。

1.3 壓力容器氣密性試驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問題

工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，使得壓力容器在我國(guó)能源、石油、軍工、化工等領(lǐng)域等到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)其設(shè)計(jì)質(zhì)量要求也在不斷提升。壓力容器最為顯著的特征就是其介質(zhì)的危害性，因此氣密性試驗(yàn)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一步。所謂氣密性試驗(yàn)，就是指通過某種試驗(yàn)操作來進(jìn)一步檢驗(yàn)壓力容器的各個(gè)聯(lián)結(jié)部位是否存在泄漏現(xiàn)象。一般來說，那些裝有毒性較高、危害性較大介質(zhì)的壓力容器在使用之前，必須進(jìn)行氣密性測(cè)試。但是由于很多操作人員并沒有十分重視氣密性試驗(yàn)過程或者其專業(yè)素質(zhì)較低，無法勝任試驗(yàn)工作，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。一旦氣密性不合格的壓力容器被投入使用，就可能會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)泄露，造成嚴(yán)重的危害。

1.4 焊接接頭無損檢測(cè)過程中存在的問題

一般來說，焊接接頭無損檢驗(yàn)分為內(nèi)部檢驗(yàn)和外部檢驗(yàn)兩部分。外部檢驗(yàn)指的是，相關(guān)人員通過目測(cè)或者量具等進(jìn)行測(cè)量檢驗(yàn)；內(nèi)部檢驗(yàn)指的是射線檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)、超聲波檢驗(yàn)、渦流檢驗(yàn)、紅外檢驗(yàn)等。進(jìn)行焊接接頭無損檢測(cè)的目的，就是保證所有的接頭接觸良好，從而保證壓力容器能正常工作。所有的焊接結(jié)構(gòu)都必須進(jìn)行檢測(cè)，但實(shí)際上，很多工作人員忽視了焊接接頭無損檢驗(yàn)的重要性，在工作過程中馬馬虎虎，導(dǎo)致檢測(cè)過程中不嚴(yán)格，很多問題不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，影響了壓力容器的后續(xù)使用。例如，焊接結(jié)構(gòu)的球形接口與圓筒在進(jìn)行環(huán)向連接時(shí)，由于圓筒的經(jīng)線半徑球率發(fā)生變化，導(dǎo)致焊接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題。正如上面所提到的，壓力容器的設(shè)計(jì)工作十分重要。針對(duì)當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)中存在的各類問題，相關(guān)人員必須深入分析問題出現(xiàn)的原因，并采取合理的解決措施。

2 壓力容器設(shè)計(jì)中的常見問題及解決對(duì)策

壓力容器的設(shè)計(jì)工作是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，需要多方面的努力與配合。下面，筆者將針對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中存在的問題，提出相應(yīng)的解決策略，以期對(duì)未來壓力容器的設(shè)計(jì)工作有所幫助。

2.1 使用年限設(shè)計(jì)的防范策略

針對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限問題，設(shè)計(jì)人員一定要按照要求進(jìn)行多方面的思考，要嚴(yán)格按照新版《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG R0004-2009）的要求來進(jìn)行。這是設(shè)計(jì)者需要遵守的最基本的原則，即每張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙中必須明確寫出壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限。要想合理設(shè)計(jì)壓力容器的使用年限，相關(guān)人員必須充分考慮壓力容器使用的實(shí)際環(huán)境、提高壓力容器的可靠性等，盡量減少各種安全隱患；要根據(jù)其使用材料，測(cè)算壓力容器的耐腐蝕性能力、內(nèi)外部壓力差等，以便測(cè)算出壓力容器的腐蝕性承受度，從而對(duì)其使用年限進(jìn)行更合理的測(cè)算。當(dāng)然，為了使壓力容器使用年限更為可靠，工作人員應(yīng)該模擬最惡劣使用環(huán)境，測(cè)算壓力容器的使用壽命。除此之外，設(shè)計(jì)者還要將使用者可能會(huì)出現(xiàn)的不當(dāng)操作考慮在其中，在設(shè)計(jì)圖紙的相應(yīng)位置設(shè)置安全提醒，并改善壓力容器的使用條件，對(duì)壓力容器的承力部件及壁厚參數(shù)等進(jìn)行測(cè)量，制定合理的使用年限。

2.2 設(shè)計(jì)材料變更的防范策略

在選擇材料的過程中，工作人員要十分注意材料的來源、力學(xué)特性以及材料的特性是否滿足壓力容器的使用條件、耐腐蝕性要求等。在用戶對(duì)壓力容器提出變更要求時(shí)，設(shè)計(jì)人員不能單方面考慮材料減少所帶來的安全隱患，還要全面考慮到材料的增加也可能出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，用戶要求容器變薄，設(shè)計(jì)人員必須重新對(duì)容器的受力情況進(jìn)行分析，從而得出容器可以承受的最大減薄程度；又如，用戶要求容器變厚時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注意容器變厚后各個(gè)方向的拉應(yīng)力，防止平面應(yīng)變及脆性干裂現(xiàn)象的出現(xiàn)?？傊?，在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，工作人員必須重視材料的變更，采取積極的應(yīng)對(duì)策略。

2.3 氣密性試驗(yàn)中存在問題的防范策略

為了防止毒性介質(zhì)的泄露，壓力容器的工作人員必須做好氣密性試驗(yàn)。首先，在試驗(yàn)之前應(yīng)該進(jìn)行液壓試驗(yàn)，充分保證其液壓合格。其次，氣密性試驗(yàn)的過程中，要保證所有的安全附件安裝齊全，保證試驗(yàn)過程安全可靠。再次，要合理選擇氣密性試驗(yàn)所使用的氣體，最好選擇干燥、清潔的空氣或者氮?dú)獾确磻?yīng)較慢的惰性氣體。另外，在試驗(yàn)過程中，要保證壓力緩慢上升，切忌將壓力迅速升到所需壓力位。達(dá)到規(guī)定的壓力位之后，應(yīng)該保持該壓力10分鐘左右，再將壓力下降至設(shè)計(jì)好的壓力位。隨后，要對(duì)壓力容器所有的焊縫或者連接部位涂肥皂水進(jìn)行全面檢查。如果整個(gè)壓力容器都沒有泄露現(xiàn)象，則可判定該容器合格；如果有部分泄露，則應(yīng)該對(duì)壓力容器進(jìn)行修補(bǔ)，之后重新進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。對(duì)于采用碳素鋼或者低合金鋼制成的壓力容器，要嚴(yán)格控制試驗(yàn)的溫度，保證溫度至少為5℃。

2.4 焊接接頭無損檢測(cè)相關(guān)問題的防范策略

盡管當(dāng)前用于焊接接頭無損檢驗(yàn)的方法有很多種，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作人員必須合理選擇檢驗(yàn)方法。一般來說，射線檢測(cè)對(duì)氣孔以及夾渣等體積性的缺陷更為敏感，而對(duì)面狀缺陷的檢測(cè)不夠準(zhǔn)確。因此，在對(duì)壓力容器內(nèi)部的缺陷進(jìn)行無損檢驗(yàn)時(shí)，必須結(jié)合實(shí)際情況來慎重考慮。同時(shí)，在采用不同的檢測(cè)方法對(duì)同一位置進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，工作人員必須注意選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)，切忌用同一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)待不同的檢測(cè)方法。在對(duì)壓力容器無損檢驗(yàn)完成之后，相關(guān)人員還要對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行抽檢，確保檢測(cè)結(jié)果合理準(zhǔn)確。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)人員必須做好科研工作，進(jìn)一步提高無損檢測(cè)技術(shù)，充分利用物理技術(shù)的最新成果，提高無損檢測(cè)技術(shù)的定位準(zhǔn)確性；要加強(qiáng)無損檢測(cè)的自動(dòng)化技術(shù)，提高自動(dòng)化水平及檢測(cè)效率等。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，壓力容器愈來愈普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各行各業(yè)中。壓力容器具有特殊性，稍有不慎，就可能會(huì)造成爆炸等危險(xiǎn)性事故，給人們的生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此，國(guó)家相關(guān)部門及企業(yè)必須重視壓力容器的設(shè)計(jì)工作，提高容器的質(zhì)量及性能。同時(shí)，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，相關(guān)工作人員必須不斷總結(jié)壓力容器設(shè)計(jì)中存在的各種問題，并充分學(xué)習(xí)和借鑒其他單位的積極經(jīng)驗(yàn)，以完善壓力容器的設(shè)計(jì)工作。相信未來，在各方的共同努力之下，我國(guó)壓力容器的質(zhì)量一定會(huì)大有提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛明德，黃克智，李世玉，等.壓力容器設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步[J].化工設(shè)備與管道，2011，（12）.

[2] 黃長(zhǎng)明.淺談如何提高壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，（23）.

[3] 束怡.壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽視的問題研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012，（3）.

[4] 申長(zhǎng)吉.壓力容器設(shè)計(jì)過程中常見的問題分析[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2012，（6）.

[5] 趙素峰.壓力容器設(shè)計(jì)過程中的常見問題[J].小氮肥，2012，（10）.

[6] 劉亞明.壓力容器設(shè)計(jì)過程中的常見問題及防范對(duì)策探究[J].科技前沿，2013，（4）.

[7] 丁子榮，劉立峰.壓力容器設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討

[J].科技資訊，2013，（17）.

[8] 方海毅.關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)過程中常見的問題分析

[J].化學(xué)工程與裝備，2014，（10）.

作者簡(jiǎn)介：高廣（1966-），男，吉林吉林人，供職于吉林市特種設(shè)備檢驗(yàn)中心，研究方向：安全工程。

（責(zé)任編輯：陳 潔）