試析壓力容器設(shè)計過程中的常見問題及處理

徐玉振

摘要：壓力容器要承受特定的壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕，其操作條件比較苛刻，因此壓力容器設(shè)計時對材料選擇、強(qiáng)度計算及結(jié)構(gòu)合理性等要求比較高。目前的常規(guī)設(shè)計是計算用軟件、畫圖用電腦，設(shè)計者常常過分依賴電算，對國家標(biāo)準(zhǔn)的理解不深，對數(shù)據(jù)的推敲、理解不夠，只看結(jié)果，忽視計算過程，容易產(chǎn)生錯誤和安全隱患。基于此，本文就壓力容器設(shè)計過程中的常見問題及處理展開了研究。

關(guān)鍵詞：壓力容器；設(shè)計；常見問題；處理

1壓力容器設(shè)計過程中常見的問題

1.1熱處理問題

壓力容器設(shè)計過程中，在熱處理方面，應(yīng)注意以下幾個問題：第一，對低合金鋼材料以及碳鋼材料，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，奧氏體不銹鋼材料以及變形率大于5%的材料，如低合金鋼材料以及碳鋼材料，均為冷成型受壓元件，對于這些材料，應(yīng)在成型后進(jìn)行熱處理，以達(dá)到恢復(fù)材料性能的目的；第二，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型后減薄量超過10%，需進(jìn)行熱處理；第三，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型前厚度在16毫米以上的，需進(jìn)行熱處理；第四，明確注明有應(yīng)力腐蝕的容器，需進(jìn)行熱處理；第五，容器中裝有高度、極度毒性危害介質(zhì)的容器，需進(jìn)行熱處理。但壓力容器的實(shí)際設(shè)計過程中，對容器殼體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，沒有給予足夠的重視，對成型的容器，也沒有進(jìn)行二次熱加工，從而嚴(yán)重影響著壓力容器的質(zhì)量與壽命。

1.2忽視壓力容器的正常使用年限

壓力容器一旦超出實(shí)際使用壽命必將給企業(yè)帶來巨大的安全隱患。因此，必須對壓力容器的實(shí)際使用壽命做出正確規(guī)定，要按照要求由設(shè)計人員在壓力容器上標(biāo)注預(yù)計的使用年限，對已使用疲勞的器具更應(yīng)標(biāo)注清楚實(shí)際的循環(huán)使用次數(shù)。然而這種做法往往被設(shè)計人員所忽視，對年限的考慮也不合理。尤其在預(yù)計使用年限的估算上往往都是按照設(shè)計人員本身的經(jīng)驗(yàn)及慣例執(zhí)行的。因此很容易在實(shí)際估算過程中延長或縮短使用時間，而且無法將所有可能影響到壓力容器使用壽命的因素綜合考慮清楚，從而使壓力容器的設(shè)計方案有所變化，給壓力容器的質(zhì)量造成較大影響。

1.3壓力容器設(shè)計隨材料改變問題

材料的改變影響著整個壓力容器的各種屬性，材料問題是壓力容器設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而使用材料的改變通常受到以下幾個方面的影響：用戶的特殊要求、壓力容器的周邊環(huán)境、壓力容器的使用人員、容器的大小和外觀等。材料對于任何工業(yè)設(shè)備來說都起著至關(guān)重要的作用，而壓力容器材料選擇的重要性更是超過普通的容器，主要是因?yàn)閴毫θ萜魍幵诟邷馗叩墓ぷ鳝h(huán)境中，其材料一旦改變，那么它的內(nèi)外部受力情以及耐腐蝕情況都會發(fā)生本質(zhì)的變化。因此，設(shè)計者針列不同種類的材料都應(yīng)該進(jìn)行不同的受力分析和耐腐蝕檢測。然而，設(shè)計者在實(shí)際操作過程中顯然存在一些誤區(qū)：當(dāng)設(shè)計者被要求將壓力容器壁的材料減薄時，設(shè)計者會自然而然地重新計算其內(nèi)外部應(yīng)力情況，分析變薄之后容器的耐腐蝕程度。但是當(dāng)材料由薄變厚時，大多數(shù)設(shè)計者則認(rèn)為無需重新考慮，也就忽略了容器的各項(xiàng)分析，其實(shí)材料變厚的情況下，受力分析仍然十分重要，因?yàn)槿萜鞅诋a(chǎn)生多向拉應(yīng)力使平面應(yīng)變成為脆性斷裂。

2壓力容器設(shè)計過程中常見問題的處理對策

2.1熱處理的處理對策

實(shí)踐表明，壓力容器設(shè)計過程中，對厚度20毫米、直徑400毫米的低合金鋼、碳鋼對接管，應(yīng)設(shè)計為無縫鋼管。從理論上來看，雖然低合金鋼卷制可以滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，但若是不進(jìn)行熱處理，便會給壓力容器的各項(xiàng)性能產(chǎn)生影響，從而給接管環(huán)節(jié)帶來諸多問題。具體表現(xiàn)在，若不對低合金鋼、碳鋼對接管進(jìn)行熱處理，那么在鋼板冷卷之后，便會使得晶粒出現(xiàn)歪扭、破碎的問題。與此同時，鋼材冷卻變形后，硬度和強(qiáng)度得到了很大的提升，但其塑性卻大大降低，這對于壓力容器的制造帶來了較大的不便。直徑越小、鋼板越厚的筒體，在進(jìn)行冷卷之后，發(fā)生變形的幾率也就越大，冷作硬化程度越高，大大增加了鋼板的內(nèi)應(yīng)力，降低了鋼板的塑性，加大了出現(xiàn)裂紋的危險性。通過采取再結(jié)晶退火的方法，降低鋼板的硬度、強(qiáng)度，加強(qiáng)鋼板的塑性，有利于優(yōu)化鋼材的力學(xué)性能。

2.2使用年限的處理對策

在壓力容器使用年限的估算上，壓力容器的設(shè)計人員必須要認(rèn)真掌握有關(guān)壓力容器設(shè)計方面的所有技術(shù)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對壓力容器使用年限的研究力度，注重每一個可能會對壓力容器使用年限產(chǎn)生影響的因素。運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，對壓力容器的實(shí)際使用年限進(jìn)行科學(xué)估算，避免在壓力容器設(shè)計過程中出現(xiàn)延長或縮短使用年限的問題。設(shè)計人員必須要做好壓力容器的觀察工作，明確掌握壓力容器實(shí)際受到的腐蝕情況，若壓力容器受到嚴(yán)重腐蝕就會大幅縮短壓力容器的使用年限。因此，壓力容器的設(shè)計人員必須要根據(jù)壓力容器的實(shí)際腐蝕速率對壓力容器的使用壽命進(jìn)行合理估算。同時，結(jié)合壓力容器受到的外力情況，對壓力容器的諸多參數(shù)進(jìn)行更加精確的估算。此外，還可模擬實(shí)際工作環(huán)境，使工作數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際。在圖紙設(shè)計上必須設(shè)定統(tǒng)一的使用規(guī)則，考慮到壓力容器在實(shí)際工作過程中的復(fù)雜工作環(huán)境和可能出現(xiàn)的各種受力情況，務(wù)必做好壓力容器的消耗檢查工作，最大限度的保證壓力容器設(shè)計的科學(xué)性、合理性，確保壓力容器的運(yùn)行安全。

2.3材料問題的處理對策

壓力容器材料一般情況下可以代用，將薄材料更換為厚材料的時候，會導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)的變化，尤其是要注意殼體部分、加厚的封頭間的連接，有必要的情況下可采取削邊處理的方法。同時，管板、筒體的連接結(jié)構(gòu)也有相似的問題，增加的厚度較大的情況下，還會導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的變化，如殼體、接管之間的V型焊縫可能變成X型焊縫，從而可以降低焊縫填充量，也有可能減少焊接應(yīng)力、殘余變形，增強(qiáng)焊接接頭的力學(xué)性能。

3結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)合理的壓力容器設(shè)計，對壓力容器的安全性、穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。因此，在壓力容器的設(shè)計上必須要選擇具有極強(qiáng)專業(yè)技術(shù)的工作人員對壓力容器設(shè)計方案進(jìn)行反復(fù)考量，選用最為優(yōu)質(zhì)的材料，做好壓力容器設(shè)計結(jié)構(gòu)的分析工作，全面考慮到壓力容器后期的維護(hù)與檢修工作。只有這樣，才能做好壓力容器的設(shè)計工作，使其在實(shí)際生產(chǎn)過程中得以穩(wěn)定運(yùn)行。

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（作者身份證號：370923198709074730）