基于壓力容器設(shè)計(jì)問題的探討

李桂菊

摘 要 本文在對壓力容器設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對壓力容器設(shè)計(jì)中的開孔補(bǔ)強(qiáng)、管殼程壓力；換熱器的結(jié)構(gòu)以及接頭焊接等問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 壓力容器 管殼程壓力 換熱器 接頭焊接

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1壓力容器設(shè)計(jì)概述

在設(shè)計(jì)上，對于壓力容器的材料、壁厚和直徑等都要認(rèn)真分析和計(jì)算，這些必須依賴于設(shè)計(jì)壓力、溫度和介質(zhì)特性。因此，在設(shè)計(jì)過程中，參數(shù)的合理性，計(jì)算的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)流程要嚴(yán)格對待，必須具備標(biāo)準(zhǔn)化和精準(zhǔn)化兩個(gè)特質(zhì)。為了保障容器的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真有效的分析設(shè)計(jì)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，才能了解其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以防出現(xiàn)問題，比如：參數(shù)設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)等問題。壓力容器的受力結(jié)構(gòu)非常重要，這是工作中安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。對于容器壁的設(shè)計(jì)，也不能忽略口徑和支座，好的設(shè)計(jì)應(yīng)該具備罐體均勻和受力良好的特點(diǎn)。

2壓力容器設(shè)計(jì)容易忽視的問題

在壓力容器的設(shè)計(jì)、制造過程中，通常都會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范作為依據(jù)對其的設(shè)計(jì)、制造進(jìn)行約束。但在實(shí)際設(shè)計(jì)、制造過程中，往往會(huì)忽略標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中一些說明而導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生，對于標(biāo)準(zhǔn)件的選用，沒有充分考慮到設(shè)計(jì)條件對標(biāo)準(zhǔn)件的修正，而直接選用，從而直接降低和影響壓力設(shè)備的使用性能與安全可靠性。下面對壓力容器設(shè)計(jì)中幾個(gè)容易忽視的問題進(jìn)行分析：

2.1儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問題

對于儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)，對其罐體的材質(zhì)有著很高的要求，要選擇合理的鋼材來滿足其抗壓的需求。切忌過于追求壓力容器的抗壓能力，而忽視了材質(zhì)的選擇。在儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)的過程中，要充分考慮儲(chǔ)氣罐罐體長度和直徑之間的關(guān)系，盡量把兩者之間的比值控制在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)，不能過于追求罐體的直徑。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中需要合理考慮罐體的實(shí)際使用性能。

2.2開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)問題

（1）利用補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)外徑比例要隨著容器的開孔直徑的變化而變化，以滿足在壓力較大時(shí)，相同厚度的圓筒補(bǔ)強(qiáng)圈與相同面積下的補(bǔ)強(qiáng)方法不匹配的要求，伴隨著由小變大的開孔直徑，補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)外徑比例也會(huì)由小變大。當(dāng)開孔直徑比較大時(shí)，容器殼體補(bǔ)強(qiáng)范圍不會(huì)變化，但是補(bǔ)強(qiáng)圈減小了外徑，此時(shí)圓筒所承受的內(nèi)壓厚度在計(jì)算厚度中的比例較大，補(bǔ)強(qiáng)的可用面積則極小，不能達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)同等面積的要求，這時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度促使補(bǔ)強(qiáng)金屬盡量接近開孔位置。

（2）換熱器管箱設(shè)計(jì)的補(bǔ)強(qiáng)。換熱器管箱的開孔離不開開孔補(bǔ)強(qiáng)，并且要對其進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)圈，是為了彌補(bǔ)管箱長度與補(bǔ)強(qiáng)范圍不匹配的缺陷，這也體現(xiàn)了工藝的局限性。因此，即便設(shè)計(jì)了補(bǔ)強(qiáng)圈，但是其效果不能達(dá)到要求，假如沒有根據(jù)比例畫圖，就非常容易忽視這個(gè)問題。

2.3管殼程壓力問題

在設(shè)計(jì)管殼程壓力時(shí)，必須是正壓，試驗(yàn)殼程壓力與管程試壓的壓力不相等，前者低于后者，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用前者推動(dòng)后者，以提升后者的數(shù)值。使用該方法后，大多工作人員了解后者壓力提升后，在水壓狀況下，要對圓筒的周向應(yīng)力進(jìn)行測試。但是不重視其他受壓元件的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。

（1）管法蘭具有的壓力等級(jí)。在提升了試驗(yàn)殼程水壓的壓力后，不能采用正常的情況操作，因此，也不能選擇殼程管法蘭相應(yīng)的等級(jí)壓力，這給正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來威脅。因此，相關(guān)規(guī)定表示，試驗(yàn)水壓的壓力要比規(guī)定溫度情況下無工作沖擊壓力小，并且小1.5倍。

（2）管板具有的強(qiáng)度。為了確保安全，在試驗(yàn)殼程壓力與試驗(yàn)管程壓力相等時(shí)，要對管板進(jìn)行校核。校核過程中，將設(shè)計(jì)管程壓力作為殼程的壓力，并且設(shè)計(jì)管程壓力數(shù)值為零，在沒有溫差的狀況下，模型的計(jì)算可以根據(jù)不帶法蘭的固定管板進(jìn)行。

2.4接頭焊接的設(shè)計(jì)問題

圓筒經(jīng)線的半徑曲率與球形封頭及圓筒連接的環(huán)向接頭位置有關(guān)，其如果變化，那么設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的問題。根據(jù)規(guī)定，這一規(guī)定依據(jù)焊接接頭GB150分類方式，分為A類接頭和B類接頭，這兩者的區(qū)別在于前者承受力為縱向，后者的承受力為軸向，一般在圓筒中，前者是后者的2倍。針對球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，可以使用削薄方法縮短半球球殼，削薄封頭球形在幾何圖形上的簡體部分，也可以使用堆焊的方法將封頭球形的局部厚度增加。削邊筒體端部方法的優(yōu)點(diǎn)是受力好，缺點(diǎn)是是制造材料的成本增加，因?yàn)槠錈o折邊曲度的深度大，因此要權(quán)衡其利弊。

2.5分氣缸的設(shè)計(jì)問題

在對設(shè)備分氣缸進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，分氣缸的出氣口與進(jìn)氣口之間的有效距離是比較容易被忽視的。因此，在設(shè)備分氣缸的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的工藝參數(shù)，對出氣口與進(jìn)氣口間的有效距離進(jìn)行確定。同時(shí)，合理控制好環(huán)焊縫與分氣缸開口間的距離也是非常重要的，應(yīng)盡量避免在焊縫處進(jìn)行開孔，并且還得確保兩者之間要有一定的距離，從而降低局部應(yīng)力的影響，確保分氣缸的正常運(yùn)作。在對分氣缸的支架進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，支架的位置需要根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求合理的設(shè)置，不能隨意確定，盡量加強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。

2.6氣密性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)問題

帶有安全閥、爆破片安全裝置的壓力容器，當(dāng)盛裝的介質(zhì)特性要求或不允許有泄漏時(shí)，要求在水壓試驗(yàn)后做氣密性試驗(yàn)，且試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)將安全附件裝配齊全。新容規(guī)釋義里面提到，為了避免安全附件的開啟難以完成試驗(yàn)，超壓泄放裝置的動(dòng)作壓力應(yīng)采用比設(shè)計(jì)壓力更高的壓力，但不得超過最高允許工作壓力。需要注意，設(shè)計(jì)人員不要按照最高允許工作壓力作為計(jì)算壓力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，這樣做可能造成材料的浪費(fèi)，有時(shí)候可能板厚就剛好需要上升一個(gè)層次。本來常規(guī)設(shè)計(jì)就較分析設(shè)計(jì)不能有效利用材料，再這樣一來，就更加浪費(fèi)，而實(shí)際運(yùn)行設(shè)備時(shí)并不會(huì)達(dá)到這樣的一個(gè)壓力，僅僅是為了氣密性試驗(yàn)的需要。設(shè)計(jì)人員只需在SW6計(jì)算里輸入最高允許工作壓力進(jìn)行校核（耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核）即可。

3結(jié)語

壓力容器的設(shè)計(jì)必須充分考慮壓力容器使用過程中的安全性、抗腐蝕性、耐高低溫以及疲勞作業(yè)等因素，因此對于其的設(shè)計(jì)，必須做到科學(xué)合理。本文的主要目的是強(qiáng)調(diào)在對容器壓力的設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)人員比較不重視的問題，以增強(qiáng)其的設(shè)計(jì)安全性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視在設(shè)計(jì)過程中容易忽視的問題，減少由于技術(shù)問題而產(chǎn)生安全事故的發(fā)生，確保生產(chǎn)正常運(yùn)作，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

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