淺談壓力容器設(shè)計中應(yīng)注意的問題

文/王歡 李野

壓力容器是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛的器件，由于生產(chǎn)領(lǐng)域、環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，使得壓力容器在具體的生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)這樣那樣的故障和問題。例如，在石油化工領(lǐng)域和化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，由于往往使用的是常規(guī)材料制作的壓力容器，在生產(chǎn)中一旦溫度過高超過壓力容器材料本身的承受能力，壓力容器就會遭到破壞并且出現(xiàn)一定的生產(chǎn)事故?；诖?，工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)特別注重壓力容器的設(shè)計與使用。

壓力容器；設(shè)計；問題；措施

在實際的生產(chǎn)中，影響壓力容器正常運轉(zhuǎn)的因素有很多，其中最重要的影響因素是壓力容器本身的質(zhì)量優(yōu)劣。因為壓力容器一般都是應(yīng)用在極端生產(chǎn)條件下，溫度、壓力都非常高，且環(huán)境往往具有較強的腐蝕性。正是因為這樣，壓力容器在使用中一旦由于質(zhì)量問題發(fā)生破裂，則極容易引起爆炸、燃燒甚至是釋放出有毒氣體危急周圍人們的生命財產(chǎn)安危。正是因為這樣，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中壓力容器的質(zhì)量優(yōu)劣，直接影響著企業(yè)生產(chǎn)成本、經(jīng)濟生產(chǎn)的效率和利益，尤其與周圍人的生命財產(chǎn)安全緊密相關(guān)。因此，對于壓力容器設(shè)計和質(zhì)量管理應(yīng)制定嚴格的執(zhí)行標準，以從根本上減少安全隱患。

1 壓力容器的設(shè)計要求

壓力容器是化工、石油、機械、冶金、核能、航空、航天等行業(yè)廣泛應(yīng)用的承壓裝置，要求壓力容器在設(shè)計和生產(chǎn)過程中能夠保障設(shè)備的安全性和可靠性。

1.1 保障安全性

安全是第一位的，保障壓力容器設(shè)備運行的安全性是壓力容器在設(shè)計之初就必須要考慮的問題。由于壓力容器工作的環(huán)境大都十分危險，所以要求壓力容器必須具備充足的強度和穩(wěn)定性以及密封性，才能保證設(shè)備在使用中的安全性。壓力容器內(nèi)部的零部件之間除了螺栓的連接處之外，基本上都是經(jīng)過焊接處理的，因此在載荷的應(yīng)力作用下，必須要求設(shè)備本體材料和焊接接頭處能夠具備足夠的強度。由于焊接接頭是后期焊接的，在焊接過程中可能會產(chǎn)生某些缺陷，而這些缺陷會導(dǎo)致設(shè)備整體質(zhì)量的下降。因此在壓力容器的設(shè)計之初，就對焊接部位的設(shè)計強度和后期檢驗過程制定了嚴格的要求。保障即使在承受足夠的載荷應(yīng)力作用下，焊接部位也具備足夠的強度，不會發(fā)生變形。

壓力容器的密封性關(guān)系到工作人員的生命安全和工廠正常運行的大事。高質(zhì)量的壓力容器就是要求壓力容器或者焊接部位即使在載荷應(yīng)力的作用下，也不會突然變形。壓力容器的設(shè)計還要考慮對容器本身的耐腐蝕性，壓力容器的工作環(huán)境中有大量的腐蝕氣體或液體，因此容器本身材質(zhì)的耐腐蝕性也是極為重要的。

1.2 符合使用要求，保障成本

壓力容器在設(shè)計上的結(jié)構(gòu)形式，工藝條件及規(guī)格大小都是由設(shè)備在具體應(yīng)用中根據(jù)實際工藝需要來決定的。因此設(shè)備的設(shè)計必須能滿足工藝條件的要求，如能耐高溫（或低溫），高壓，耐腐蝕；另外需滿足設(shè)備在工藝上的作用，如儲存，換熱，反應(yīng)。

2 壓力容器設(shè)計中要注意的問題

2.1 容器本身材料的選擇

制作壓力容器所需要的材質(zhì)必須能夠承受住壓力容器在運行中所承受的高溫、高壓或者腐蝕性情況，此外制作成本也是壓力容器在設(shè)計中所必須要考慮的問題，不合理的選擇材料只會浪費資金。

在壓力容器的結(jié)構(gòu)尺寸和壓力強度都較大、并且以材料的強度為主的情況下，低合金鋼是第一選擇；在壓力容器的結(jié)構(gòu)尺寸和壓力強度較低、并且以結(jié)構(gòu)或者剛度為主的情況下，碳素鋼就能滿足壓力容器的制作過程，這樣就能制造出低成本高安全性的壓力容器了。壓力容器的選材和制作過程應(yīng)該滿足我國制定的相關(guān)法律和法規(guī)以及工廠內(nèi)部的質(zhì)量要求。

壓力容器的設(shè)計首先要考慮設(shè)備的安全性和可靠性，其次要考慮設(shè)備的經(jīng)濟效益。在保障壓力容器的使用壽命的前提之下合理選材，在保障壓力容器的設(shè)計工藝達到所需標準的要求之下對結(jié)構(gòu)進行簡化，以便于設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)和檢驗，減少后期維修的步驟，降低設(shè)備的生產(chǎn)成本，增加更多的收益。

2.2 法蘭的選擇

我國對于容器法蘭和管法蘭的生產(chǎn)標準都有著明確的要求，在不同壓力容器的設(shè)計制作中法蘭的選擇應(yīng)該根據(jù)情況的不同選擇也是不同的，各地要統(tǒng)一法蘭的使用標準，以免在后期法蘭容器的使用安裝過程中出現(xiàn)尺寸不一的情況。

容器法蘭的選擇中以內(nèi)徑為公稱直徑的壓力容器法蘭應(yīng)該按照我國制定的《壓力容器法蘭》來進行選擇，以外徑作為公稱直徑的壓力容器的法蘭選擇應(yīng)該按照《鋼制管法蘭》來進行選擇。

管法蘭在選擇上要比容器法蘭復(fù)雜，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。例如在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，壓力容器大都處于高溫、高壓的環(huán)境下，如果管法蘭的材質(zhì)選用不銹鋼來制作，那么在高溫的環(huán)境影響下，管法蘭的最大無沖擊壓力會大量降低，所以一定要選用更高壓力的法蘭，使得管法蘭的材質(zhì)在設(shè)計溫度下的設(shè)計壓力低于最大無沖擊壓力。

2.3 小直徑壓力容器的材料要求

在對小直徑的容器進行設(shè)計的過程中，最常用的就是無縫鋼管作為筒體的方式，這種方法不僅可以節(jié)省其他檢測的比例，還可以節(jié)約施工成本節(jié)省時間，在設(shè)計的過程中要注意對筒體無縫的要求達到《鋼制化工容器材料的選用規(guī)定》的規(guī)定：第一在采用鋼管作為壓力容器的殼體時，生產(chǎn)商要按照相關(guān)規(guī)定來對鋼管進行力學(xué)性能的測試，測試結(jié)果必須達到標準鋼管的要求。奧氏體不銹鋼鋼管可以不做韌性沖擊的測試。第二在進行二、三類壓力容器殼體的鋼管的制作時，生產(chǎn)商必須按照應(yīng)用設(shè)備的液壓實驗的壓強來對鋼管進行水壓測試，只有達到標準的鋼管才能投入使用，一類壓力容器殼體的鋼管，可以免除復(fù)試。

3 結(jié)束語

通過對壓力容器的相關(guān)問題的整理和分析，可以看出，壓力容器在設(shè)計之初就要求設(shè)計者了解國家制定的關(guān)于壓力容器的相關(guān)法律法規(guī)，具有豐富的設(shè)計、使用和維護壓力容器的技術(shù)經(jīng)驗，在設(shè)計制作的過程中，只有嚴格按照相關(guān)的標準和數(shù)據(jù)，才能制造出高質(zhì)量的壓力容器，保證壓力容器的安全運行。