有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)主要問題與防范分析

鄧家凱

（龍杰機(jī)械裝備（太倉）有限公司，江蘇 太倉 215434）

有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)主要問題與防范分析

鄧家凱

（龍杰機(jī)械裝備（太倉）有限公司，江蘇 太倉 215434）

在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，壓力容器的制造成本以及壓力容器在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)的安全特性受到容器的設(shè)計(jì)合理性狀況的影響。本文主要敘述了有關(guān)壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)的主要的問題，并對(duì)問題進(jìn)行分析并提出對(duì)應(yīng)的策略。

壓力容器；設(shè)計(jì)；主要問題；防范分析

壓力容器在許多的企業(yè)和工業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，尤其是與石油或者化工相關(guān)的企業(yè)，因此，壓力容器在工業(yè)中具有極其重要的位置。由于我國在壓力容器方面的技術(shù)還不夠成熟，設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)會(huì)發(fā)生不少的問題。從容器的設(shè)計(jì)到制造再到調(diào)試安裝，各個(gè)步驟都必須符合可靠性要求。壓力容器的設(shè)計(jì)人員要有扎實(shí)的相關(guān)知識(shí)，可以很好地把握壓力容器在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，并防止問題的產(chǎn)生。

1.壓力容器的介紹及設(shè)計(jì)要求

壓力容器是一種可以承受壓力的密封的裝置，其有儲(chǔ)存氣體、液體的功能。就現(xiàn)在而言，壓力容器的類別伴隨著社會(huì)的逐漸進(jìn)步也變得越來越多。壓力容器按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的壓力容器，如果按照壓力容器的所能夠承受的壓力的大小來劃分，壓力容器分為以下幾個(gè)類型：超高壓、高壓、中壓與低壓容器；如果按照壓力容器的所能夠存儲(chǔ)的物質(zhì)來劃分，壓力容器分為以下幾個(gè)類型：無毒容器、有毒容器、劇毒容器等等；如果按照壓力容器的加工工藝來劃分，壓力容器分為以下幾個(gè)類型：熱交換、分離、貯運(yùn)以及反應(yīng)容器。由于采用不恰當(dāng)?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)壓力容器，各行各業(yè)的壓力容器在使用中暴露出各種各樣的問題，產(chǎn)生了消極的影響。

當(dāng)設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員第一步要做的就是確定容器的設(shè)計(jì)參數(shù)（客戶的要求），其次，分析壓力容器的結(jié)構(gòu)以及制造材料的確定。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)壓力容器并且繪制圖紙。在壓力容器普遍使用的情況下，設(shè)計(jì)容器應(yīng)該考慮到安全性因數(shù)。因此，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程非常煩瑣，只有在滿足容器質(zhì)量的基礎(chǔ)上，才能很好地發(fā)揮其功能與安全性能。設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)應(yīng)該符合以下的條件：

（1）滿足壓力容器的安全使用要求

通常條件下，壓力容器盛裝的物質(zhì)具有一定程度的毒性、腐蝕性，更有甚者會(huì)引發(fā)爆炸，產(chǎn)生十分巨大的破壞，因此，設(shè)計(jì)的壓力容器一定要滿足安全性的要求。

（2）滿足壓力容器的使用壽命要求

壓力容器由于受到內(nèi)部盛裝的物質(zhì)的腐蝕以及外部環(huán)境的腐蝕會(huì)不斷老化。為了防止容器盛裝的物質(zhì)的泄漏以及提高它的使用價(jià)值，容器設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用一定的方法增大安全系數(shù)，使壓力容器能夠滿足使用壽命的要求。

（3）滿足壓力容器的工藝性要求

一般情況下，壓力容器在工藝生產(chǎn)、壓力溫度方面必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)（如容器的壁厚、直徑等）。

尤其是石油與化工行業(yè)一定要符合以上的幾個(gè)條件。

2.研究壓力容器在設(shè)計(jì)中存在的常見問題

2.1壓力容器設(shè)計(jì)材料改變及使用年限問題

工業(yè)產(chǎn)品的性能很大程度上受到機(jī)械產(chǎn)品的材料的影響，不同的屬性的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)不同的材料。質(zhì)量不佳的原材料將導(dǎo)致成品的各方面的綜合性能指標(biāo)嚴(yán)重下降。同理，壓力容器也是這樣的，材料是壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)的主要因素。壓力容器一般在非常惡劣的條件下使用，所以，其極易被其他的物質(zhì)腐蝕等影響。施工的材料必須要在壓力容器的設(shè)計(jì)之前確定好。當(dāng)各種各樣的因素在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不同情況的改變時(shí)，因此，也會(huì)使原有材料產(chǎn)生一定的變化（例如顧客要求的改變、生產(chǎn)壓力容器的制造商的改變等）。但是這些因素不能夠引起大多數(shù)的企業(yè)的高度重視，在條件發(fā)生變化時(shí)，一直遵循原有的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)采用以前的材料，進(jìn)而使容器產(chǎn)生許多的問題。材料在顧客的要求下增加其厚度時(shí)，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員常常會(huì)忽視壓力容器材料變厚后會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂的可能性，卻不再次進(jìn)行考慮。

每一種用于生產(chǎn)的設(shè)備都具有一定范圍的使用期限，其不管是減少還是延長壓力容器的使用壽命的期限，這兩種方法都會(huì)造成企業(yè)的沒有必要的經(jīng)濟(jì)上的損失。壓力容器的使用時(shí)間的范圍期限由文件《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》具體地規(guī)定，其規(guī)定的內(nèi)容是：當(dāng)在對(duì)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的時(shí)候，相關(guān)的企業(yè)必須在壓力容器的設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明該容器的估計(jì)的生產(chǎn)工作的使用的期限的范圍。然而，對(duì)疲勞使用的器具來說，應(yīng)該標(biāo)注好循環(huán)使用的次數(shù)信息。壓力容器設(shè)計(jì)人員在以前的一段時(shí)間常常忽視這樣的做法，不合理地對(duì)壓力容器的使用的壽命的期限范圍進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)人員根據(jù)對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)過程的了解或者用普通的方法對(duì)使用的壽命期限范圍進(jìn)行預(yù)測，前者是根據(jù)慣例的原則。由于沒有考慮到某些影響到壓力容器使用壽命的因素，則估計(jì)出的使用壽命期限會(huì)比實(shí)際情況變少或者延長。如：壓力容器的質(zhì)量會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案的不同而不同，在材料相同的條件下，由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的壓力容器會(huì)更加耐用；在制造壓力容器的材料性能更加優(yōu)異的情況下，壓力容器的使用壽命期限會(huì)變得更長。

2.2壓力容器設(shè)計(jì)熱處理及分氣缸、儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)問題

由鋼板的熱處理有關(guān)文件能夠查找到：在普遍情況下，需要對(duì)鋼板冷成型受壓元件進(jìn)行熱處理。例如，當(dāng)壓力容器盛裝毒性非常強(qiáng)和腐蝕性也非常強(qiáng)的液體時(shí)，合成鋼的厚度在成型過后會(huì)減少，假如想要使成型變形率滿足相應(yīng)的要求，必須進(jìn)行熱處理工序使材料的原來的性能得以恢復(fù)。容器壁以及封頭的熱處理會(huì)引起壓力容器的設(shè)計(jì)人員的注意，然而，在大多數(shù)的接管處的設(shè)計(jì)過程中，相應(yīng)的熱處理卻被忽視，進(jìn)而使材料發(fā)生形變，不滿足有關(guān)的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

3.對(duì)壓力容器在設(shè)計(jì)中存在的問題的防范措施

3.1針對(duì)使用年限問題的防范措施

就這個(gè)問題而言，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，理解并掌握與壓力容器的設(shè)計(jì)有關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加大力度研究壓力容器的使用壽命問題，采用高科技方法以及先進(jìn)的技術(shù)，觀察影響壓力容器使用年限的主要因素，進(jìn)而既科學(xué)又準(zhǔn)確地估計(jì)出壓力容器的使用年限，防止估計(jì)的使用壽命變短或者變長，增加工廠的經(jīng)濟(jì)收益，達(dá)到真正的安全性生產(chǎn)。

以下幾個(gè)方面是具體地估計(jì)壓力容器的使用年限的步驟，第一步就是弄清楚壓力容器的腐蝕狀況，如果壓力容器受到嚴(yán)重的腐蝕，則使用時(shí)間會(huì)極大地變短，腐蝕速度的快慢程度是材料的均勻腐蝕性能的指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員在合理計(jì)算容器的使用壽命時(shí)，需要考慮到材料的腐蝕速率。為了能夠更加精確以及科學(xué)地預(yù)計(jì)出容器的最大極限腐蝕裕量等數(shù)據(jù)，必須考慮到受到的外力的具體情況。

3.2針對(duì)材料變化的防范措施

在設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，不同階段對(duì)應(yīng)選擇不同的材料，設(shè)計(jì)時(shí)需要注意比較薄的材料改為厚的材料，這樣造成厚度不同的鋼板相互之間連接的結(jié)構(gòu)不相同。其中，要特別注意加厚的封頭與殼體部分之間的相互連接，且加厚的封頭必須要進(jìn)行削邊處理，除此之外，在筒體與管板的連接中，厚度急劇變化使得焊接接頭的應(yīng)力增加，這嚴(yán)重影響了焊接部分的質(zhì)量。

由于鋼板厚度影響著鋼板的許用應(yīng)力，所以，設(shè)計(jì)人員采用“以厚代薄”的辦法對(duì)鋼板進(jìn)行替換，認(rèn)為能夠提高牢固性，事實(shí)上這樣的想法是錯(cuò)誤的。如果那樣做會(huì)很難預(yù)測壓力容器的應(yīng)力，得到錯(cuò)誤的估計(jì)的結(jié)果，誤差比較大，質(zhì)量非常容易出現(xiàn)問題。所以，為了獲得準(zhǔn)確性的預(yù)計(jì)結(jié)果，在壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)要防止換板的現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3針對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)熱處理的防范措施

壓力容器的設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的常見的問題也包括熱處理的問題，在對(duì)厚度是20mm以及直徑是400mm左右的低合金鋼的壓力容器進(jìn)行接管設(shè)計(jì)時(shí)，最好的是設(shè)計(jì)成無縫鋼管。當(dāng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中沒有留意到熱處理的問題時(shí)，壓力容器的各個(gè)功能會(huì)受到影響，導(dǎo)致接管過程出現(xiàn)問題。

通常情況下，硬度較大或者厚度過大的鋼板的塑性很差，厚度大但是直徑比較小的筒體鋼材進(jìn)行冷卻卷曲工作后，其具有很大的變形幅度，硬度會(huì)因此而發(fā)生很大程度的改變，原因是由于塑性的急劇降低和內(nèi)應(yīng)力的變大導(dǎo)致容器不能正常工作，更有甚者產(chǎn)生少許的裂痕，壓力容器的安全性受到極大的挑戰(zhàn)。因此，就厚度很特別的鋼板，為了使鋼板的塑性、強(qiáng)度以及硬度得到提高，退火工藝必須在冷成型過后進(jìn)行。

結(jié)語

總之，在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的現(xiàn)代社會(huì)，技術(shù)人員越來越注意到壓力容器設(shè)計(jì)過程的重要性。設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)必須采用嚴(yán)格的技術(shù)要求，在頒布的新規(guī)定的指導(dǎo)下綜合考慮影響壓力容器使用的可靠性的因素，并解決壓力容器出現(xiàn)的問題，從而使壓力容器的具有優(yōu)異的性能。

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