淺析壓力容器設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響

趙世超（天津華泰壓力容器有限公司，天津　300350）

淺析壓力容器設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響

趙世超
（天津華泰壓力容器有限公司，天津300350）

隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會各行業(yè)對壓力容器的需求不斷提高，同時對壓力容器設(shè)計(jì)也提出了新要求。本文在介紹壓力容器的基礎(chǔ)上，著重分析了壓力容器設(shè)計(jì)原則，并闡述了壓力容器設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響。

壓力容器設(shè)計(jì)；制造檢驗(yàn)；影響

壓力容器作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中不可缺少的重要設(shè)備，其廣泛的應(yīng)用于石油化工、能源工業(yè)及其他科研等領(lǐng)域中。然而，由于壓力容器自身應(yīng)用過程中常常處于高溫或高壓等極限狀態(tài)，如果壓力容器自身設(shè)計(jì)缺陷或者現(xiàn)場操作工作人員操作不當(dāng)?shù)?，則極易導(dǎo)致壓力容器發(fā)生爆炸起火等危害，對現(xiàn)場人身安全和正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重安全隱患。因此，國內(nèi)壓力容器設(shè)備的發(fā)展理應(yīng)面向安全化發(fā)展并且在產(chǎn)品出廠以及使用過程中，必須按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備性能的技術(shù)檢驗(yàn)以保證國內(nèi)壓力容器的安全性和可靠性［1］。

1　壓力容器概述

對壓力容器而言，其主要指的是能夠承載一定壓力的密閉容器，通常由非金屬和金屬材質(zhì)制造而成，可以盛裝高壓狀態(tài)的液體或氣體。壓力容器按照其設(shè)計(jì)壓力不同，可分為超高壓（耐壓≥100.0MPa）、高壓（耐壓范圍為10.0MPa—100.0MPa）、中壓（耐壓范圍為1.6MPa—10.0MPa）和低壓（耐壓范圍為0.1MPa—1.6MPa）四個壓力等級［2］。

壓力容器設(shè)計(jì)制造過程涉及了多個學(xué)科、行業(yè)，其中，壓力容器設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制造設(shè)計(jì)和力學(xué)分析等專業(yè)，而壓力容器制造則涉及了機(jī)械加工、無損檢測、冶金制造、安全防護(hù)以及防腐等領(lǐng)域。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，壓力容器在各行業(yè)中應(yīng)用日漸廣泛特別是在核動力反應(yīng)堆、化工生產(chǎn)中的反應(yīng)裝置、分離裝置的外殼等設(shè)備中。同時，壓力容器行業(yè)目前收到國家產(chǎn)業(yè)政策及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策等鼓勵，良好產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境有利于本行業(yè)未來的持續(xù)發(fā)展。

2　壓力容器設(shè)計(jì)概述

由于壓力容器通常應(yīng)用于高溫高壓條件下，同時部分壓力容器受容器內(nèi)存放物質(zhì)腐蝕等，因此在對壓力容器設(shè)計(jì)過程中應(yīng)具有一定要求，具體表現(xiàn)為［3］：（1）壓力容器在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)確保其使用運(yùn)行過程中安全性、可靠性，特別是要求壓力容器滿足工業(yè)生產(chǎn)中高溫、高壓、耐腐蝕等條件，避免壓力容器發(fā)生泄漏或爆炸等危害；（2）由于壓力容器在操作使用過程中常需要后檢修維護(hù)，這就要求壓力容器在設(shè)計(jì)過程中必須為其日常使用和維修提供便利，有利于壓力容器制造和檢驗(yàn)難度的降低；（3）在設(shè)計(jì)壓力容器過程中，應(yīng)著重考慮壓力容器制造成本，這就要求壓力容器設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低產(chǎn)生的設(shè)計(jì)成本和制造檢驗(yàn)的成本等。

常見的壓力容器設(shè)計(jì)方法主要包括常規(guī)設(shè)計(jì)方法和分析設(shè)計(jì)方法［4］。其中，在常規(guī)設(shè)計(jì)方法中，其設(shè)計(jì)原則以彈性失效準(zhǔn)則為主，就是當(dāng)容器達(dá)到最大應(yīng)力點(diǎn)時就變成塑性狀態(tài)，失去本身的彈性；在分析設(shè)計(jì)方法中，其融合了新的設(shè)計(jì)理念和失效觀點(diǎn)設(shè)計(jì)原理，為確保壓力容器結(jié)構(gòu)安全性，應(yīng)采取更加高端的彈塑性甚至塑性失效準(zhǔn)則。同時，在設(shè)計(jì)壓力容器時還應(yīng)注意一些問題，例如壓力容器結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力問題、壓力容器制造技術(shù)、現(xiàn)代壓力容器設(shè)計(jì)采用一些新的設(shè)計(jì)手法等。

3　壓力容器設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響

壓力容器制造檢驗(yàn)主要包括壓力容器外部檢驗(yàn)、壓力容器內(nèi)部檢驗(yàn)和壓力容器全面檢驗(yàn)三部分［5］。其中，在壓力容器外部檢驗(yàn)方面，主要針對壓力容器外表面變形、局部過熱、裂紋、泄漏等進(jìn)行檢驗(yàn)，同時也對壓力容器附件的安全可靠性和螺栓的緊固性等檢驗(yàn)，此外還包括壓力容器底部基礎(chǔ)牢固性等進(jìn)行檢驗(yàn)；在壓力容器內(nèi)部檢驗(yàn)方面，著重對壓力容器內(nèi)部腐蝕磨損問題進(jìn)行檢驗(yàn)，通常采取射線探傷和超聲波等方法進(jìn)行檢驗(yàn)，同時還應(yīng)對壓力容器壁厚、焊接質(zhì)量以及容器缺陷等部位進(jìn)行檢驗(yàn)；在壓力容器全面檢驗(yàn)方面，通常進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，并對壓力容器主要焊縫進(jìn)行無損探傷抽檢或全部焊縫檢查等。

在壓力容器制造檢驗(yàn)過程中，壓力容器設(shè)計(jì)尤為重要，其對壓力容器安全檢驗(yàn)技術(shù)影響尤為顯著［6］。一方面，對壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)，特別是在壓力容器停機(jī)過程中，對壓力容器的安全狀況進(jìn)行檢驗(yàn)。另一方面，對壓力容器耐壓性能進(jìn)行定期檢驗(yàn)。第三，對壓力容器進(jìn)行特殊情況下的檢驗(yàn)，例如無法進(jìn)行定期檢驗(yàn)或者不能按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)的壓力容器，均應(yīng)當(dāng)制定可靠的安全保障措施等。

4　壓力容器制造和檢驗(yàn)要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制壓力容器制造程序，即圖紙審核——技術(shù)交底及容器排版——材料復(fù)驗(yàn)、標(biāo)識移植——小料組對——焊接、試板焊接及理化試驗(yàn)——無損檢測——熱處理——耐壓實(shí)驗(yàn)——產(chǎn)品最終檢驗(yàn)；（2）加強(qiáng)壓力容器制造過程中材料復(fù)驗(yàn)，包括材料表面質(zhì)量、材質(zhì)質(zhì)量、材料化學(xué)成分與力學(xué)性能，如韌性、塑性和強(qiáng)度的等性能是否滿足設(shè)計(jì)要求；（3）加強(qiáng)壓力容器下料組對過程中的檢驗(yàn)，著重就封頭焊縫的位置、筒體下料的具體尺寸、直線度允差等是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢驗(yàn)；（4）加強(qiáng)壓力容器的無損檢驗(yàn)，一方面要求無損檢測人員必須持有相關(guān)部門培訓(xùn)證；另一方面通過檢測手段使焊接接頭滿足圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；（5）加強(qiáng)壓力容器的耐壓試驗(yàn)，耐壓實(shí)驗(yàn)過程中對試驗(yàn)介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度進(jìn)行標(biāo)定使其滿足國標(biāo)要求，耐壓試驗(yàn)過程中需由政府技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)入現(xiàn)場檢驗(yàn)，對其耐壓試驗(yàn)的有效性進(jìn)行明確。

5　結(jié)語

總而言之，隨著國內(nèi)石油化工等行業(yè)的快速發(fā)展，其對壓力容器各項(xiàng)性能參數(shù)提出了更高要求。為提升壓力容器耐壓、耐高溫和耐腐蝕性等，通常通過優(yōu)化壓力容器設(shè)計(jì)方式等方法，以改善壓力容器制造檢驗(yàn)效果?？梢?，壓力容器設(shè)計(jì)對于其制造檢驗(yàn)具有顯著影響，其也是確保我國壓力容器行業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)，應(yīng)引起足夠的重視。

［1］許鋒.壓力容器設(shè)計(jì)的合理性對制造、檢驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)性的影響［J］.海峽科技，2012，02（62）：32-33.

［2］司華福.壓力容器及管道的設(shè)計(jì)、制造和安全檢驗(yàn)的技術(shù)研究［J］.科技論壇，（08）.

［3］張持.壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的某些原則［J］.貴州化工，2006，31（03）：24-26.

［4］種法賀，昝玉超.壓力容器設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響［J］.山東工業(yè)技術(shù)，246.

［5］壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)與管理規(guī)則單位資格許可阻化工設(shè)備與防腐蝕［Z］.2003（03）.

［6］李崇勇，關(guān)慶賀，張光.壓力容器設(shè)計(jì)壓力的確定［J］.中國特種設(shè)備安全，2015（01）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.213