壓力容器設計中的常見問題及防范策略

摘 要：壓力容器作為我國工業(yè)生產中的重要裝置，在各工業(yè)領域中有著舉足輕重的地位。然而，壓力容器的危險性普遍較大，在很大程度上也直接左右著工業(yè)企業(yè)的人員與財產安全，故而，不要提高對壓力容器技術設計的研究有著重要的積極意義。本文對國內壓力容器設計中普遍存在的一些常見問題展開分析，并提出針對性的解決策略，旨在為壓力容器設計提供一定參考。

關鍵詞：壓力容器；工業(yè)設計；問題與策略

0.引言

當前，隨著社會水平的不斷快速發(fā)展，壓力容器的類別也更為多樣化。以壓力容器承壓等級而言，主要可分為低壓、中壓、高壓以及超高壓容器等；而根據按盛裝介質而言，則又可以分成易燃有毒、非易燃無毒、劇毒等；根據工業(yè)加工工藝，可分成反應容器、換熱容器、分離容器以及貯運容器等。最近幾年，為了全面強化對市場壓力容器的安全監(jiān)管力度，我國政府出臺了有關的法令法規(guī)，明確的對壓力容器的設計、生產、檢查等進行明文規(guī)定。然而，國內很多行業(yè)所實際應用壓力容器時還是存在一系列問題，究其原因還在在于壓力容器的設計工作不符合標準。

1.壓力容器設計存在的常見問題

1.1使用年限超標

毋庸置疑，所有工業(yè)生產設備都一定的使用壽命，而超出使用壽命勢必會給工業(yè)企業(yè)的經濟、安全造成損失。國內所頒布的《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》[1]中就對壓力容器的使用壽命做出了明確的規(guī)定，在生產設計壓力容器過程中，設計單位必須要在設計圖紙中標注好壓力容器的使用年限，而對于一些長時間疲勞使用的器具更需要標注清楚循環(huán)使用的次數。一般來說，預計壓力容器的使用年限，設計者會按照慣例使用統(tǒng)一標準，而忽略了影響壓力容器壽命的現實因素：例如優(yōu)質原材料生產的壓力容器的使用年限會更長，而在材料一致的基礎上，堅持按照設計標準生產壓力容器會更加安全可靠，設計方案的不同勢必會給壓力容器的質量產生較大的影響。

1.2未考慮原材料因素

壓力容器所使用到的原材料并未一層不變，大多數時候都需要按照壓力容器的使用實際狀態(tài)、適用環(huán)境的要求進行相應的調整。對于受力水平與腐蝕程度的不同、壓力容器內應力的反復變化也會使得壓力容器的材料產生一定程度的變化，而這些不斷變化情況都需要設計人員充分考慮進去。然而，在顯示的設計中，設計人員通常都會在材料厚度出現較明顯變化時，方才觀察出原材料的抗壓水平，以此來判斷其是否達到設計的標準。一旦設計人員遇到材料厚度出現增加的狀態(tài)，又會誤以為是材料可以承受的外界壓力的能力的表現，而放棄開展進一步細致分析與計算[2]。在這種背景下，一旦發(fā)生壓力容器的外壁遭遇不同力時，壓力容器壁會面臨承受多方向的大小拉力，嚴重的情況下甚至會出現脆性斷裂。

1.3熱處理問題

鋼板熱處理規(guī)定中，鋼板冷成形受壓元件在絕大部分情況下都應當實施熱處理，例如部分盛裝毒性為極度、高度危害介質的壓力容器；應力腐蝕性介質的壓力容器；碳鋼及低合金鋼的的壓力容器等。一旦冷成形變形率不沒有達到相應的指標規(guī)定的標準，就需要利用相應的熱處理方可提高材料的性能。設計人員固然都會觀察對壓力容器的殼體、封頭等大型部件實施熱處理，然而在一些接管的設計中，卻有所忽略。

2.壓力容器設計策略

2.1年限設計防范策略

設計人員最大限度上權衡壓力容器實際應用環(huán)境、以更為全面的提高壓力容器的安全可靠性等，盡可能地規(guī)避安全風險隱患[3]。按壓力容器的使用材料，測算其耐腐蝕性水平以及容器內外部的壓力差異等，從而測算出壓力容器精確的腐蝕性與承受度，最終制定出合理的使用年限測算。另外，為了能夠讓壓力容器的日常使用壽命標準更加可科學，設計人員還需要模擬在最惡劣操作應用環(huán)境下，測算出壓力容器在此背景下的使用年限。將操作人員可能會出現的不當操作也權衡在內，在最壞的情況下壓力容器的實際表現，在設計圖紙的醒目位置設計安全提醒，且完善壓力容器的使用條件，對壓力容器的承力部件和壁厚參數等實施測量，設計科學的使用年限。

2.2材料防范

在材料擇取階段，設計人員要重點關注壓力容器的材料來源、其材料的力學屬性能不能達到環(huán)境要求的使用條件，耐腐蝕性和承受力是否渡河要求等。在操作者或客戶對壓力容器提出變更要求時，設計人員決不可純粹考慮材料的減少所引發(fā)安全隱患，還應當全面考慮到材料的增加也會產生安全風險的情況。如果要將壓力容器的壁變薄，設計者就需要重新對容器的受力情況展開分析，進而測算出壓力容器能夠承受的最大減薄水平；相反，如果操作者需要將壓力容器變厚時，設計人員也應當測算壓力容器變厚之后每一個容器方向部位的拉應力，預防出現平面應變以及脆性干裂現象的產生。總而言之，在壓力容器的設計期間，設計人員必須重視材料的變更防范，實施積極正面的應對策略。

2.3氣密性防范

在氣密性試驗前應首先開展液壓試驗，以此來確保容器的液壓合格。氣密性試驗階段，需確保安全附件安裝無誤，確保過程的安全性。擇取合適的氣密性氣體，如空氣、氮氣等反應水平十分慢的惰性氣體。在進行氣密性試驗過程中，應當保證壓力處于緩慢上升的態(tài)勢，決不可讓壓力迅速升到所需的壓力位。在完成規(guī)定的壓力位后，需維續(xù)這一壓力10min，再將壓力降至設計好的壓力位。對壓力容器焊縫處涂肥皂水進行全面檢查。一旦發(fā)現壓力容器并未出現泄露，可判定符合標準；如果出現泄露，則需要對壓力容器展開修補，在修補后，再繼續(xù)開展氣密性試驗。試驗溫度至少50℃。

3.結束語

綜上所述，國家有關部門和工業(yè)企業(yè)必須充分重視壓力容器的設計工作，全方位加強壓力容器的質量及性能，與此同時，在長期的實踐過程中，相關設計人員也要持續(xù)總結壓力容器設計中存在的現實問題，并積極學習與借鑒其他單位的積極經驗，以健全壓力容器的設計工作，強化壓力容器的安全可靠性，不使人民生命與財產遭受損失。

參考文獻

[1] 馬炳賢.壓力容器設計若干技術問題解析[J].硫磷設計與粉體工程，2011，15（06）：11-12.

[2] 薛明德，黃克智，李世玉.壓力容器設計方法的進步[J].化工設備與管道，2012，17（06）：12-13.

[3] 邸廣民，吳冬果.淺談壓力容器設計中容易忽視的問題[J].科技情報開發(fā)與經濟，2010，24（10）：222-224.

作者簡介：何春艷（1985.07-），女，漢族，河北省秦皇島市人，大學本科，哈爾濱電氣股份有限公司助理工程師，從事壓力容器設計工作。