淺談壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計

李野+王歡

摘要：壓力容器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計之初有很多內(nèi)容需要考慮清楚。如強(qiáng)度設(shè)計之前需要先設(shè)計一個應(yīng)力干涉模型，用以清晰的找到機(jī)械設(shè)計的核心點，然后將獲取的經(jīng)驗全部應(yīng)用到實際的設(shè)計中。設(shè)計或者實現(xiàn)可靠性設(shè)計方案的時候，壓力工作環(huán)境的考慮以及實驗數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征選取十分重要，另外要切實的考慮到壓力容器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計的主要規(guī)定內(nèi)容，這是用以規(guī)范科學(xué)設(shè)計的前提基礎(chǔ)。本文主要研究壓力容器機(jī)械的輕度可靠性設(shè)計要素，并對其中設(shè)計的問題進(jìn)行重點提及，然后探究發(fā)展中需要重點延伸的方向。

關(guān)鍵詞：壓力容器；機(jī)械強(qiáng)度；可靠性設(shè)計

研究壓力容器機(jī)械可靠性研究時要考慮各項細(xì)節(jié)問題，由于所有的幾何尺寸或者強(qiáng)度均處于普通的隨機(jī)變量中，壓力的容器承載值也就處于恒定不變的數(shù)值中。所以日常進(jìn)行壓力溶劑機(jī)械強(qiáng)度可靠性研究的時候，需要認(rèn)真地考慮所有的變量，然后根據(jù)具體情況細(xì)致考慮到其中的細(xì)節(jié)部分。壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性因為涉及因素較多，所以其體現(xiàn)出的是一個綜合性的過程，如果進(jìn)行細(xì)分的話可以將其分為四個方面，分別是壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的設(shè)計、制造、應(yīng)用于維護(hù)四方面。壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計水平在一定程度上影響著它固有的可靠度，如果能夠把所有的機(jī)械強(qiáng)度變量都能夠控制在科學(xué)合理并且安全的狀態(tài)下，那么在設(shè)立強(qiáng)度應(yīng)力模型之后就能夠順利計算出它的可靠性。

一、壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計理論方法

（一）基礎(chǔ)理論。壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計首先必須要考慮到國家的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在這個設(shè)計的過程中必須要同時考察厚度的兩個內(nèi)容，它們分別為計算厚度與厚度的附加量。在壓力容器厚度計算的時候必須要能夠依據(jù)正確的計算方式來對它的壓力實施科學(xué)計算最終可以得到厚度的數(shù)值。在壓力容器厚度附加量通常是因為所有的剛才厚度有著篇差，并且也要考慮到壓力容器的腐蝕量來一起發(fā)揮各自的作用。在這里必須要注意到厚度偏差在進(jìn)行正常的選取過程中一定要能夠依據(jù)我國鋼材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值范圍實施科學(xué)、正確的選取。腐蝕裕量在實際實施正常的計算必須要能夠依據(jù)壓力容器本身的設(shè)計壽命以及應(yīng)用鋼材在整個研究過程中實施科學(xué)統(tǒng)一的介質(zhì)腐蝕塑料以及平均值來實施確定。

（二）要深入實際、收集可靠數(shù)據(jù)。根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)有的研究內(nèi)容能夠輕易的知道在壓力容器的內(nèi)壓圓筒體的可靠性設(shè)計的時候必須能夠清楚知道，應(yīng)用彈性失效中徑公式能夠在一定程度上解決極限狀態(tài)的函數(shù)實施研究，在此時假如它會十分順利的話就可以把屈服極限就能夠在廣泛的意義上確保強(qiáng)度極限的最大值，之后可以依據(jù)在上述過程中篩選與決定筒體失敗概率，可是從實際情況來看壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計是否科學(xué)和合理，能夠以此為基礎(chǔ)來增加當(dāng)前存在的腐蝕裕量的取值，雖然很多的研究資料中已經(jīng)表明了壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計能夠計算與預(yù)測筒體應(yīng)用壽命的詳細(xì)方法，因此在壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計中要想時刻關(guān)注壓力容器，就必須要能夠深入實際來了解腐蝕深度，并能夠計算壓力，并能能夠通過多年的腐蝕深度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)來確定。

二、壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計方法

（一）受壓元件材料的合理選用。受壓元件材料的選用對于壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度能夠產(chǎn)生重要影響，其一般取決于設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及工作介質(zhì)等因素。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計時，除了嚴(yán)格按照GB150-1998《鋼制壓力容器》、GB151-89《鋼制管殼式換熱器》及勞動部頒發(fā)《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》等進(jìn)行選材外，還特別注意介質(zhì)特性對受壓元件的影響。因為介質(zhì)的腐蝕性，介質(zhì)的易燃易爆程度和毒性程度均直接決定著選材。總之，壓力容器受壓元件材料的選用不僅要根據(jù)容器的工作壓力和溫度及必須在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的允許范圍，而且還應(yīng)特別注意介質(zhì)特性對材料性能的影響。

（二）選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計必須要選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，此時要求我們設(shè)計人員充分發(fā)揮自己的能動性，盡可能在設(shè)計中做到精益求精，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。合理的結(jié)構(gòu)指的是容易施工，加工完畢后的殘余應(yīng)力低，應(yīng)力集中小，應(yīng)力分布合理的結(jié)構(gòu)。壓力容器接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一大內(nèi)容：1.接管方面的內(nèi)容：（1）接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）接管防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計；（3）接管開孔的焊接結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)問題；（4）其它方面的結(jié)構(gòu)，如防沖擊、防振動、防外載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計等。2.關(guān)于補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：（1）一般工況下的結(jié)構(gòu)；（2）承受交變或疲勞載荷的結(jié)構(gòu)；（3）高低溫下的結(jié)構(gòu)；（4）大開孔結(jié)構(gòu)；（5）非徑向開孔結(jié)構(gòu)；（6）其它情況下的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

（三）注重設(shè)計過程中的安全操作和管理。壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計可以直接關(guān)系到日后的安全操作和管理，并能夠?qū)ζ浒踩\行有著重大的影響，很多壓力容器事故皆是由于操作不當(dāng)和管理不善所致。因此在進(jìn)行壓力容器設(shè)計時，對于那些操作較為特殊的設(shè)備，應(yīng)制訂出其操作規(guī)程，使得設(shè)備操作運行有法可依，以防止因誤操作而出現(xiàn)安全事故。對于工作性質(zhì)較為特殊的設(shè)備，如介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重及磨損較大的設(shè)備，應(yīng)定期檢驗，其檢驗周期每年至少一次，并應(yīng)在圖紙上給予明確提出。另外設(shè)備上的安全閥規(guī)格及安全閥起跳壓力、爆破片型式及爆破壓力都應(yīng)在設(shè)計圖紙上給予注明。對于盛裝高度、極度危害介質(zhì)的容器安全附件的泄放處理也應(yīng)作出要求，以防發(fā)生意外?？傊?，設(shè)計者在圖樣上應(yīng)該將安全操作要求詳細(xì)規(guī)定或以操作說明書形式，以指導(dǎo)壓力容器的安全操作及管理，保證其安全運行。

（四）重視極限情況的存在

壓力容器使用的時候，由于筒體的厚度不同產(chǎn)生的變化也不同，不同的壓力對筒體的影響也不同。另外，筒體受到應(yīng)力等作用的影響，變化也會經(jīng)常出現(xiàn)，由于應(yīng)力的發(fā)生有部分不可控性。故此，壓力容器機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計的時候，筒體的厚度，應(yīng)力等都要考慮到，另外要切實的考慮到筒體盛放的液體是否能腐蝕筒體，科研人員需要使用數(shù)據(jù)和公式進(jìn)行計算，掌握何種厚度最為合適不但不會影響機(jī)械的使用強(qiáng)度，能讓腐蝕降低到最低。我們知道壓力容器的筒體一旦受到應(yīng)力影響，會產(chǎn)生的破壞情況有以下兩種，第一種是壓力筒體出現(xiàn)屈服失效的狀況；第二種情況是壓力容器筒體出現(xiàn)斷裂?；诖?，科研人員先要分析在壓力容器極限情況下失效會帶來的危害，以及提升壓力作用下的容器抗壓值，進(jìn)而提高壓力的可靠性。

三、結(jié)語

壓力容器的機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計過程中涉及到的因素眾多，必須要將所有因素全部考慮齊全，才能增加設(shè)計的可靠性。但是壓力容器安全系數(shù)隨意性較大，可靠性設(shè)計方法認(rèn)為其部件上的應(yīng)力、強(qiáng)度都是隨機(jī)變量或者直接為零，其主要的特點就是離散。因此壓力容器機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計是常規(guī)設(shè)計的一種深化處理，壓力容器的機(jī)械性強(qiáng)度一定要將容器的所有構(gòu)件的設(shè)計計算結(jié)果充分進(jìn)行使用。

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