試論化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計及發(fā)展

曾雨清

（什邡市同佳機械有限公司，四川 德陽618400）

化工設(shè)備壓力容器（圖1）在現(xiàn)代社會化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過程中具有重要地位，其整體性能直接關(guān)系著化工生產(chǎn)的安全性、可靠性與便利性，同時也會影響化工行業(yè)的生產(chǎn)過程成本高低?；诖耍ぴO(shè)備壓力容器的整體性能至關(guān)重要，建議技術(shù)人員從設(shè)計環(huán)節(jié)入手，把握設(shè)計路徑，開展規(guī)范設(shè)計，以此提高壓力容器的密閉性、運行能力，獲得更高性能的壓力容器，提高化工生產(chǎn)線的運行效率，為我國化工行業(yè)的良性發(fā)展做出一份貢獻。

圖1 壓力容器

1 壓力容器的規(guī)范設(shè)計要點

1.1 材料的選擇與設(shè)計

化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，壓力容器接觸到的化工產(chǎn)品一般具有較強的腐蝕性、易燃易爆性及毒性，若處理不當則容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸甚至毒氣泄漏，造成人員傷亡。因此，我國政府針對化工設(shè)備壓力容器的設(shè)計提出明確標準及規(guī)定，為化工設(shè)備壓力容器的質(zhì)量提供保證。在規(guī)范設(shè)計的過程中，建議技術(shù)人員結(jié)合具體的國家規(guī)定標準，靈活選擇合適的設(shè)備材料，以此保證壓力容器的整體質(zhì)量與性能。一般情況下，不同材料在性能、防腐蝕方面略有不同，這些材料的使用會對壓力容器質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

技術(shù)人員要充分了解每一種材料的不同性能與屬性，把握其利用價值，對比不同材料的性能，以此促使壓力容器各部分的設(shè)計符合規(guī)定標準[1]。金屬材料是較為常見的壓力容器材料，比如：鋼材料、有色金屬等；隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，有機材料逐漸代替了金屬材料，在使用不同材料的過程中，技術(shù)人員要結(jié)合具體的用途與設(shè)備結(jié)構(gòu)，明確對材料性能的目標需求，以此嚴格選擇材料，比如：針對金屬材料中高強度、高性能、不耐腐蝕、容易發(fā)生形變的特點，將其運用到合適的部位，充分發(fā)揮金屬材料的性能優(yōu)勢，揚長避短。

1.2 容器結(jié)構(gòu)的規(guī)范設(shè)計

從化工設(shè)備壓力容器結(jié)構(gòu)（圖2）的角度進行分析，在現(xiàn)階段的設(shè)計過程中，一些技術(shù)人員采用的設(shè)計方法較為單一，沒有結(jié)合不同的容器結(jié)構(gòu)及部分進行針對性設(shè)計，促使壓力容器的整體性能較弱，容易發(fā)生故障，不利于維護化工生產(chǎn)過程穩(wěn)定?；诖耍ㄗh技術(shù)人員結(jié)合化工設(shè)備壓力容器的實際使用與發(fā)展需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中分別考慮所選用材料的溫度條件、抗壓條件、材料屬性、抗腐蝕條件、強度條件等，考慮生產(chǎn)成本，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外，為了進一步提升壓力容器的利用率，可以考慮壓力容器的結(jié)構(gòu)連接方式，選擇快拆式的密閉結(jié)構(gòu)，在一定程度上減少主螺栓的使用頻率，簡化壓力容器的維修拆卸流程[2]。

圖2 化工設(shè)備壓力容器結(jié)構(gòu)

2 壓力容器規(guī)范設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)

第一，儲氣罐的設(shè)計。儲氣罐是化工設(shè)備壓力容器中的關(guān)鍵零構(gòu)件之一，這一部分的設(shè)計對于材料的選擇具有較高的要求，建議技術(shù)人員選擇具有較高強度的鋼材，以此滿足儲氣罐的抗壓許可要求。但是，在設(shè)計的過程中，切忌一味的考慮抗壓能力，而是要結(jié)合抗壓需求與材質(zhì)需求，考慮儲氣罐的長度與直徑之間的關(guān)系，控制二者之間的比例，保證比例參數(shù)能夠符合國家相關(guān)標準，同時也不能夠過于追求儲氣罐的直徑參數(shù)。此外，還需要充分考慮儲氣罐的實際使用需求，比如：作為常溫儲存設(shè)備的儲氣罐設(shè)計，技術(shù)人員就要結(jié)合其使用需求與具體溫度參數(shù)，考慮周邊環(huán)境對于溫度的影響，以此調(diào)整參數(shù)細節(jié)，優(yōu)化設(shè)計。

第二，開孔補強的設(shè)計。技術(shù)人員可以分別從利用補強圈、整體補強的方式展開設(shè)計，以此實現(xiàn)補強的目標。技術(shù)人員可以結(jié)合壓力容器的開孔直徑選擇合適內(nèi)外徑的補強圈，通過適當增加補強圈厚度的方式促使補強金屬接近容器上的開孔位置。整體補強的開孔方式結(jié)合開孔補強技術(shù)，結(jié)合具體參數(shù)進行計算，增加殼體厚度，或用全截面焊透的結(jié)構(gòu)型式將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊。因此，技術(shù)人員需要根據(jù)不同的壓力容器結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)情況，結(jié)合特定的比例設(shè)計，從而規(guī)避工藝局限性[3]。

第三，管法蘭壓力等級設(shè)計。在壓力容器的設(shè)計過程中，技術(shù)人員要把握管法蘭的壓力等級設(shè)計，此時需要分別考慮溫度額定值、耐壓試驗壓力的影響。一方面，技術(shù)人員要結(jié)合不同的溫度環(huán)境，測試管法蘭在不同溫度下的最大工作壓力值，尤其是溫度參數(shù)較高時，要把握管法蘭壓力等級的臨界點，以此掌握壓力容器的整體工作能力；若忽視對溫度額定值的關(guān)注，則會造成管法蘭的壓力等級無法滿足化工設(shè)備壓力容器的運行需求，留下安全隱患，在后期使用的過程中造成后果嚴重的作業(yè)事故。另一方面，技術(shù)人員，要開展設(shè)備水壓試驗，測試管法蘭的耐壓程度，提出明確水壓標準；在測試的過程中，要控制設(shè)備水壓壓力值不高于管法蘭常溫工作環(huán)境下最高工作壓力值的1.5 倍。

第四，分汽缸的設(shè)計。在這一環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中，技術(shù)人員要特別關(guān)注壓力容器中分氣缸的出汽口與進汽口之間的距離，通過控制距離參數(shù)，保證分氣缸部分性能穩(wěn)定。在實際設(shè)計過程中，技術(shù)人員要結(jié)合國家相關(guān)標準，根據(jù)具體工藝參數(shù)，提出明確的出汽口與進汽口的距離；還要嚴格控制環(huán)焊縫與分汽缸開口之間的距離參數(shù)，盡可能的避免在焊縫周邊的位置開孔，以此降低局部應(yīng)力影響程度，提高分氣缸的運行能力，保證分氣缸能夠正常運行[4]。

第五，氣密性試驗的設(shè)計。氣密性是化工設(shè)備壓力容器的重要性能之一，若壓力容器的氣密性不足，存在泄漏的情況，則會影響化工設(shè)備壓力容器的運行能力，不利于維護化工行業(yè)生產(chǎn)安全。建議技術(shù)人員結(jié)合“新容規(guī)釋義”中的具體內(nèi)容與要求，開展氣密性實驗，并且在實驗的過程中保證安全附件裝配完整，且控制超壓泄放裝置壓力始終在“最高允許工作壓力”的范圍之內(nèi)，最終計算壓力、強度，選擇合適的材料材質(zhì)、規(guī)格及結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)規(guī)范性設(shè)計。

3 化工設(shè)備壓力容器設(shè)計的未來發(fā)展前景

在現(xiàn)代社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，化工設(shè)備壓力容器設(shè)計規(guī)范化發(fā)展具有良好的前景，這主要是由于科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，壓力容器設(shè)計可選擇的材料范圍愈發(fā)廣泛。在選擇材料時，技術(shù)人員可以選擇納米材料，這是一種較為新穎的微觀材料，這一材料具有耐熱度較強、韌性較高、質(zhì)地輕薄、強度較高的特點，在未來的壓力容器設(shè)計與制作的過程中具有良好的應(yīng)用前景，能夠起到不可替代的作用。此外，據(jù)有關(guān)研究表明，我國正在研究一種綜合性能遠高于納米材料的，具有較強耐磨性、裂痕修復(fù)性的人工智能材料，且在不久的將來就能夠運用到壓力容器的設(shè)計與制作中；在這一實驗及設(shè)想中，能夠利用這種材料的熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)，實現(xiàn)光熱及光電的轉(zhuǎn)換，對我國化工設(shè)備壓力容器的制作與發(fā)展具有重要意義[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，化工行業(yè)得以發(fā)展，壓力容器作為化工生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，其設(shè)計必須嚴格遵循相關(guān)標準規(guī)范，以此保證壓力容器的整體性能，提高化工生產(chǎn)過程的可靠性與穩(wěn)定性。在化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計的過程中，建議技術(shù)人員分別從材料與結(jié)構(gòu)入手，提高壓力容器的運行能力，保證壓力容器的質(zhì)量；之后，要關(guān)注壓力容器的設(shè)計細節(jié)，分別考慮儲氣罐、開孔補強、管法蘭、分汽缸、氣密性試驗等不同環(huán)節(jié)的設(shè)計細節(jié)，全面提升壓力容器的整體性能，促進壓力容器設(shè)計的規(guī)范化發(fā)展。