壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽視的問題

摘 要：壓力容器是人們生產(chǎn)生活以及科學(xué)研究工作開展中普遍應(yīng)用的重要設(shè)備，主要負(fù)責(zé)盛裝氣體或液體，除了貯運(yùn)功能，也可作為反應(yīng)、換熱和分離容器，當(dāng)前隨著實(shí)際應(yīng)用需求增加，壓力容器的種類和功能也逐漸增多，并發(fā)揮著越來越重要的作用。但在實(shí)際應(yīng)用中，受到工作環(huán)境的主要影響，運(yùn)行中危險(xiǎn)性非常大，因此，對于設(shè)備質(zhì)量和安全性能保障方面要求通常非常高，在容易設(shè)計(jì)過程中必須滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求，還要滿足實(shí)際應(yīng)用需求，從而更有效的為實(shí)際應(yīng)用提供可靠保障。本文主要研究在壓力容器設(shè)計(jì)中比較容易忽視的問題，通過詳細(xì)介紹分析，以期能為實(shí)際工作開展提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計(jì);問題

引言

在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中，壓力容器在很多領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用，并對相應(yīng)領(lǐng)域具體發(fā)展產(chǎn)生了非常大的推動(dòng)作用，特別是在工業(yè)化建設(shè)中的化工領(lǐng)域，滿足了各種嚴(yán)苛條件下的應(yīng)用需求。壓力容器得以實(shí)現(xiàn)在不同領(lǐng)域中的可靠應(yīng)用，與壓力容器的高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)存在非常大的關(guān)系，通過設(shè)計(jì)水平和各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)關(guān)注度的加強(qiáng)，可以最大限度的減少后續(xù)問題發(fā)生率，進(jìn)而避免事故的發(fā)生或?qū)ιa(chǎn)質(zhì)量造成不利影響。但在實(shí)際設(shè)計(jì)工作開展中，受到多方面因素的影響常會(huì)出現(xiàn)一些容易忽視的問題，最終導(dǎo)致安全隱患的遺留，降低壓力容器的使用性能和安全可靠性，因此，必須加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作開展的重視程度。

1 壓力容器的設(shè)計(jì)要求概述

在對壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)分析前，必須掌握設(shè)計(jì)方面的基本要求，從而更有效的保障實(shí)際設(shè)計(jì)滿足各方面的基本要求和應(yīng)用需求。其一，在設(shè)計(jì)過程中必須要滿足支撐工藝生產(chǎn)順利完成的要求，因?yàn)椴煌I(lǐng)域的工藝生產(chǎn)過程通常存在著一定的差異性，所以在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員必須對壓力容器應(yīng)用的整個(gè)工藝過程進(jìn)行全面了解，還要掌握運(yùn)行過程中的條件需求，從而更有效的設(shè)計(jì)出規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)滿足實(shí)際工藝生產(chǎn)過程的壓力容器;其二，保障安全可靠的運(yùn)行，壓力容器實(shí)際應(yīng)用過程中，特別是在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，很多原材料本身或在經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)下都具備易燃易爆炸特性和腐蝕特性，還具有很大的毒害性，很容易自主發(fā)生爆炸及火災(zāi)事故，也會(huì)在外部影響下發(fā)生事故，會(huì)產(chǎn)生非常大的危害影響，因此，設(shè)計(jì)過程中必須確保壓力容器本身的安全性能，還要保障其處于安全穩(wěn)定化的運(yùn)行條件，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)固定設(shè)計(jì)和防護(hù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而避免外界因素的干擾影響;其三，壓力容器屬于一種易耗設(shè)備，在長期運(yùn)行中很容易在不斷腐蝕中質(zhì)量保障效果降低，增加安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，為減小風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，應(yīng)做到在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行壓力容器材料的合理選擇，并做好性能測試，還要經(jīng)過科學(xué)的計(jì)算對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，最終確保在可靠的焊接下，使得在規(guī)定的壽命周期內(nèi)能夠保障結(jié)構(gòu)的牢固性，還要確保各方面性能能夠得到有效保障;其四，在上述要求滿足下，還要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，要避免降低質(zhì)量性能方面的要求，可從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡單優(yōu)化設(shè)計(jì)，最好是避免使用過于貴重的材料，應(yīng)通過設(shè)計(jì)檢查工作的加強(qiáng)減少隱患遺留，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)維修成本的節(jié)約，在經(jīng)濟(jì)性的滿足上要盡量確保壓力容器的綜合性價(jià)比。

2 壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽視的問題探討

2.1 設(shè)計(jì)使用壽命保障問題

在壓力容器實(shí)際應(yīng)用過程中，很容易出現(xiàn)非正常的運(yùn)行狀況，在這種情況下操作參數(shù)也將會(huì)發(fā)生不確定變化，因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對于容器預(yù)期設(shè)計(jì)壽命保障方面，臨界參數(shù)通常難以精準(zhǔn)確定，進(jìn)而使得在容器運(yùn)行時(shí)間超過正常的設(shè)計(jì)壽命后，將很容易降低實(shí)際使用壽命，但目前在設(shè)計(jì)參數(shù)檢驗(yàn)方面仍有待進(jìn)一步研究，所以設(shè)計(jì)壽命仍難以得到有效保障。目前主要采取的措施是通過材料選用、力學(xué)性能測試、腐蝕數(shù)據(jù)測試和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)因素的控制，需要壓縮容器設(shè)計(jì)人員在圖紙?bào)w上標(biāo)明設(shè)計(jì)壽命和基本參數(shù)，但是要注意的是設(shè)計(jì)壽命與使用壽命并不等同，使用壽命還要受到后續(xù)操作、條件控制、管理和維護(hù)等多方面因素影響，總的來說，想要更好的提高設(shè)計(jì)壽命，設(shè)計(jì)人員多積累經(jīng)驗(yàn)，提升自身技術(shù)水平，并確保設(shè)計(jì)中的認(rèn)真態(tài)度。

2.2 壓力試驗(yàn)免除問題

壓力試驗(yàn)是設(shè)計(jì)考慮中不容忽視的環(huán)節(jié)，其中壓力試驗(yàn)是否免除，以及在免除后可以采取的安全運(yùn)行措施，這些都需要設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮，要思考問題的嚴(yán)重性。根據(jù)研究和以往經(jīng)驗(yàn)可知，一般需要現(xiàn)場進(jìn)行焊接操作的大型壓力容器等做不了壓力試驗(yàn)的情況下，壓力試驗(yàn)可以免除，這些情況下的壓力免除是因?yàn)殚_展試驗(yàn)的條件不足，很難允許順利進(jìn)行壓力試驗(yàn)，對于專業(yè)的制造廠來說，不能以此為依據(jù)確定壓力試驗(yàn)免除，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，在條件允許的情況下最好開展壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)也稱耐壓試驗(yàn)，是設(shè)計(jì)制造過程中檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)是否達(dá)標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采取補(bǔ)救措施提升容器的質(zhì)量和安全性能，所采取的措施主要從材料要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、無損檢測級(jí)別、容器本身超壓泄放能力等方面進(jìn)行提高。為避免壓力試驗(yàn)免除造成的安全隱患遺留，最好在充分考慮下在確定是否免除，最好不要輕易提出，如果壓力試驗(yàn)免除，則要及時(shí)采取相關(guān)措施，對壓力容器進(jìn)行加固設(shè)計(jì)補(bǔ)救，在設(shè)計(jì)圖紙上要標(biāo)明制造方面的特殊要求和推薦使用建議。

2.3 壓力容器的溫度界限問題

一般情況下，壓力容器雖然很容易應(yīng)對內(nèi)部及外部高溫環(huán)境，設(shè)計(jì)中也比較容易在高溫界限上進(jìn)行確定，但低溫運(yùn)行環(huán)境還是非常容易對壓力容器造成不利影響，即在寒冷地區(qū)露天運(yùn)行或者在無采暖條件的廠房內(nèi)時(shí)，則需要設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)對這方面的問題進(jìn)行考慮。在這種情況下，設(shè)計(jì)溫度的確定要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行考慮，當(dāng)作為壓縮氣體的儲(chǔ)存容器時(shí)，并且在無保溫措施條件下，設(shè)計(jì)時(shí)在經(jīng)過資料收集和計(jì)算后，最低溫度界限可取比當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度低3℃;當(dāng)作為液體儲(chǔ)存容器時(shí)，液體超過容積的四分之一以上且無保溫措施下，最低溫度界限可直接取當(dāng)?shù)氐淖畹铜h(huán)境溫度;如果是在有保溫措施下，或者容器中的物料處于隨時(shí)流動(dòng)的狀態(tài)，設(shè)計(jì)過程中最低溫度界限則要多方面考慮，一般要考慮容器本身的容積、散熱情況以及物料的溫度流量，最終判斷其壁溫，在綜合計(jì)算以及參考以往經(jīng)驗(yàn)下確定最低溫度界限。在溫度界限確定后，即可有針對性的確定材料的低溫力學(xué)性能、厚度、應(yīng)力狀態(tài)以及熱處理狀態(tài)，并為制造和檢驗(yàn)環(huán)節(jié)指明基本要求。

3 結(jié)束語

總之，壓力容器是社會(huì)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域中非常重要的設(shè)備，但在使用和設(shè)計(jì)要求方面也要非常高，需要從多方面出發(fā)考慮后進(jìn)行嚴(yán)格控制。在壓力容器易設(shè)計(jì)工作開展中，除了充分考慮設(shè)計(jì)基本要求以及上述提到的幾方面問題，在實(shí)際工作開展中還應(yīng)從更多方面進(jìn)行考慮，最大允許工作壓力、焊接接頭系數(shù)選用、材料代用、設(shè)計(jì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍、新材料應(yīng)用、法蘭選擇、分氣缸和儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)等，這些方面都非常容易產(chǎn)生問題，需要在相關(guān)因素充分考慮下，并在嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以及科學(xué)精準(zhǔn)計(jì)算下，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以更有效的滿足長久安全運(yùn)行需求。

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作者簡介：

張靜（1993，09-），男 漢族，籍貫：陜西渭南，畢業(yè)于延安大學(xué)，過程裝備與控制工程，研究方向：壓力容器設(shè)計(jì)工作。