淺談壓力容器設(shè)計及容易忽視的問題

紀媛++吳成義++王麗博++曹野

摘 要：在石油、化工行業(yè)中，壓力容器是比較常見的必備設(shè)備，因其具有一定的特殊性，所以作為一種特殊設(shè)備被廣泛應(yīng)用。由于其安全性能不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生安全事故，對工業(yè)的生產(chǎn)具有不利影響，所以，在進行壓力容器設(shè)計的時候，必須要嚴格考慮其安全性，將安全事故的發(fā)生概率降至最低，以此確保工業(yè)生產(chǎn)安全，保證人們的生命安全。本文從壓力容器設(shè)計的基本要求開始，分析壓力容器設(shè)計中容易忽略的問題，進而針對這些問題提出預(yù)防策略。

關(guān)鍵詞：壓力容器；設(shè)計；問題與對策

引言

壓力容器質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響其是否能夠正常運行，關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全。通常，壓力容器都是長期處在高溫、高壓、高腐蝕的環(huán)境中工作，環(huán)境惡劣、危險，壓力容器如果出現(xiàn)破損，就有可能引發(fā)爆炸、燃燒，有毒氣體的泄露等等，如（H2S，H2，NH3）。任何一種事故的發(fā)生，對于工業(yè)生產(chǎn)車間來說都是毀滅性的，對于工作人員的生命將造成不可挽回的傷害。所以，壓力容器質(zhì)量的優(yōu)與劣，不僅關(guān)乎企業(yè)的經(jīng)濟利益，更是關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展與社會的和諧。因而必須對壓力容器的設(shè)計標準進行嚴格的管理，同時提高質(zhì)量要求，保證壓力容器的安全，從而確保工業(yè)生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)。

一、壓力容器設(shè)計的基本要求

1、工藝要求

鑒于壓力容器的質(zhì)量如此重要，所以對其工藝有著相當(dāng)高的要求，比如壁厚、容積、直徑等等。除此之外，還對工作溫度、密封結(jié)構(gòu)和開孔補強設(shè)計也有著相當(dāng)高的要求，以此達到工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)范。

2、使用壽命的保障

目前大多數(shù)的壓力容器，并非為單一的靜設(shè)備，常常作為動設(shè)備的附屬設(shè)備，

用于工業(yè)生產(chǎn)的運轉(zhuǎn)。例如我們單位的壓力容器基本都是與壓縮機主機部分通過法蘭相連接，本質(zhì)上由靜設(shè)備轉(zhuǎn)為動設(shè)備。所以就使得壓力容器長期處在比較復(fù)雜并且惡劣的環(huán)境中，如壓縮機的振動或氣體對設(shè)備本體的腐蝕等，就導(dǎo)致壓力容器材料具有容易老化、壁厚減薄、產(chǎn)生疲勞開裂等特點。所以，為了延長其使用壽命，在設(shè)計的時候需要提高其安全系數(shù)，從而提升壓力容器使用壽命。

3、確保使用安全

正常情況下，壓力容器存儲的都屬于高腐蝕、易燃易爆的物質(zhì)，稍有不慎就可能引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。隨著時間的推移，這些物質(zhì)在壓力容器中的時間也增加，對于壓力容器的侵蝕就更加嚴重，出現(xiàn)能量聚集的現(xiàn)象，這種情況下，如果容器質(zhì)量存在瑕疵，就有可能引發(fā)能量的瞬間釋放，引發(fā)強烈的破壞力。

4、提升使用便利性

如上所述，壓力容器的工藝要求都比較高，同時有要求其具有一定的便利性。為了在最大程度上滿足其便利性，在設(shè)計中就應(yīng)該降低危險系數(shù)，提升安全屬性。在設(shè)計中，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和合理性，一方面能夠在很大程度上提升制造和質(zhì)檢的便利，另一方面對于設(shè)計質(zhì)量的提升也具有很大的促進作用，還可以有效節(jié)約使用成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

二、壓力容器設(shè)計中容易忽略的問題

1、材料問題

如果設(shè)計壓力較大，并且以碳素鋼作為容器的材料，就應(yīng)該適當(dāng)增加設(shè)備殼體壁厚，這樣一來就會增加壓力容器的質(zhì)量，增加成本。一般來說，當(dāng)壓力容器的強度要求比較高，同時殼體壁厚大于8mm的時候，最好使用低合金鋼作為容器的材料。如果設(shè)計壓力不大，容器直徑大，并且對容器的剛度以及結(jié)構(gòu)要求比較高的時候，最好選用普通碳素鋼作為容器材料。

2、法蘭問題

關(guān)于法蘭的設(shè)計，我國相關(guān)規(guī)范有著明確而又嚴格的要求。在設(shè)計中，出現(xiàn)法蘭問題的主要原因，就是設(shè)計人員對于法蘭的使用不夠了解，無法嚴格執(zhí)行相關(guān)設(shè)計標準，從而導(dǎo)致選擇不合適的法蘭，比如，由于設(shè)計的失當(dāng)，導(dǎo)致其變形、泄露等問題的出現(xiàn)，所以，設(shè)計人員必須熟練掌握法蘭的設(shè)計標準與使用要求，在設(shè)計的時候選擇最恰當(dāng)?shù)姆ㄌm類型。

3、分離罐設(shè)計問題

在分離罐的設(shè)計問題上，最容易出問題的就是分離罐的出氣口到進氣口的有效距離。如氣液分離器，如果有效距離出現(xiàn)較大的誤差，就會使氣液分離器分離不充分，發(fā)生出氣口仍是氣液混合物，導(dǎo)致分離罐無法正常工作。所以，在進行分離罐設(shè)計的時候，一定要對工藝參數(shù)進行詳細的計算，按照計算結(jié)果確定有效距離。

4、儲氣罐的設(shè)計問題

儲氣罐最主要的功能就是儲存氣體，這就要求其必須有一定的抗壓能力，所以容器的材料使用十分重要。尤其是立式儲氣罐，設(shè)計時的計算壓力應(yīng)考慮液柱的靜壓力，避免壁厚計算時發(fā)生欠缺考慮，從而導(dǎo)致壁厚減薄現(xiàn)象的發(fā)生。其次根據(jù)儲氣罐的壓力要求選擇合理用材，然后對其尺寸進行合理的設(shè)計。

三、壓力容器設(shè)計相關(guān)對策

1、材料代用問題的解決措施

在進行壓力容器設(shè)計的過程中，很多時候由于一些外在因素的影響，出現(xiàn)厚板代薄板的情況，應(yīng)該予以重視，在沒有進行受力分析的情況下，這種取代關(guān)系對于容器的受力具有非常不利的影響，必須采取一定的手段消除這種影響。比如說，當(dāng)采用厚板之后，必須削平封頭與各個部位同主體之間的連接邊角，以此減小應(yīng)力集中現(xiàn)象；另一方面，也要考慮到連接部位由于套筒焊接而發(fā)生的應(yīng)力變化。 在實際的設(shè)計中，不能僅僅考慮容器材料的厚薄，而是應(yīng)該關(guān)注其強度與剛度的要求，根據(jù)這兩者的具體要求，分別選擇合適的材料。

2、法蘭的選擇

在法蘭的選擇中，管法蘭比容器法蘭更加難以抉擇，因為管法蘭的壓力等級一定要比法蘭在設(shè)計溫度下的最大無沖擊壓力要大。在化工生產(chǎn)過程中，壓力容器處在高壓、高溫、高腐蝕的環(huán)境當(dāng)中，如果選擇不銹鋼材質(zhì)的法蘭，那么管法蘭的最大無沖壓力就會由于高溫環(huán)境的影響而有所下降，這樣的話，就必須選擇壓力更高的法蘭，保證在設(shè)計溫度條件下，管法蘭的設(shè)計壓力小于最大無沖擊壓力。

3、分離罐和儲氣罐的設(shè)計問題

在對分離罐進行設(shè)計的時候，應(yīng)該根據(jù)容器的不同用途，對進氣口與出氣口之間的有效距離進行精確的計算，盡量減小誤差。在儲氣罐設(shè)計的時候，考慮到其使用壽命的問題，對儲氣罐的材料使用，直徑、尺寸問題進行合理的分析，特別是應(yīng)該控制罐體的長度和直徑的比值，保證該比值在合理的范圍為內(nèi)，這樣才能最大限度的發(fā)揮其使用性能，延長其使用壽命。

結(jié)語

綜上所述，工業(yè)企業(yè)在進行壓力容器的設(shè)計的時候，一定要考慮全面，不能忽略任何一個環(huán)節(jié)，同時，國家相關(guān)部門應(yīng)該針對壓力容器的設(shè)計，制定嚴格的設(shè)計規(guī)范以及質(zhì)量標準，全社會合力，保證壓力容器的質(zhì)量，從而確保其性能的安全，保證使用過程的穩(wěn)定性。另一方面，設(shè)計人員應(yīng)該不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，積極學(xué)習(xí)各個企業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗，對容易出現(xiàn)的問題要反復(fù)核查，避免類似的問題影響容器質(zhì)量，從設(shè)計上保證壓力容器的質(zhì)量，確保其運行的安全，從而保證人們的生命財產(chǎn)安全，促進社會的和諧。

參考文獻：

【1】王婷，王靜，邱金梁.探討壓力容器設(shè)計要求及設(shè)計方法[J].化工管理，2013（4）

【2】李崇勇，關(guān)慶賀，張光.壓力容器設(shè)計壓力的確定[J].中國特種設(shè)備安全，2015（1）