壓力容器設(shè)計(jì)制造中的典型問(wèn)題及對(duì)策

楊玲玲

（江蘇中圣壓力容器裝備制造有限公司，江蘇 南京 211100）

壓力容器廣泛用于科學(xué)研究以及工業(yè)和軍事行業(yè)，因此，壓力容器設(shè)計(jì)的質(zhì)量在一定程度上決定了壓力容器的工作特性。但是，由于壓力容器在使用過(guò)程中會(huì)受到各種外部因素的影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意制造過(guò)程，以免影響產(chǎn)品的性能。文章分析并討論了壓力容器設(shè)計(jì)和制造中的常見(jiàn)問(wèn)題和解決方案。

1 壓力容器的主要特點(diǎn)

1.1 壓力容器具有很高的安全要求

壓力容器與其他容器的主要不同之處在于，它主要用于特種設(shè)備，并且經(jīng)常在高溫，高壓，低溫和低壓等各種特殊環(huán)境中使用。像易燃易爆的液化氣體和非常危險(xiǎn)的化學(xué)介質(zhì)一樣，它們中的大多數(shù)都容納在壓力容器中，如果發(fā)生故障，不僅會(huì)導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失，而且在嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)很多的人員傷亡。因此，在設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中，首先要堅(jiān)持安全原則，要遵守國(guó)家的有關(guān)法律法規(guī)，嚴(yán)格監(jiān)控制造過(guò)程，有效提高壓力容器使用的安全性和可靠性。

1.2 壓力容器的設(shè)計(jì)和制造專業(yè)性強(qiáng)

與一般工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造相比，壓力容器的設(shè)計(jì)和制造具有很強(qiáng)的專業(yè)性，設(shè)計(jì)和制造過(guò)程涉及各種專業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)。例如，不但需要冶金工業(yè)、機(jī)械和機(jī)械加工方面的知識(shí)，還需要自動(dòng)化，化學(xué)保護(hù)，質(zhì)量控制，甚至計(jì)算機(jī)軟件的操作和開(kāi)發(fā)技能方面的知識(shí)和技能。任何一個(gè)缺點(diǎn)都會(huì)影響壓力容器的設(shè)計(jì)和制造，并且需要從事壓力容器的設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)人員通常需要具有更專業(yè)的技術(shù)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，并熟練地將各種法律、法規(guī)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于實(shí)際工作，積極溝通并相互協(xié)調(diào)，以確保最終設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品的壓力容器的安全性和可靠性。

1.3 壓力容器產(chǎn)品的各種結(jié)構(gòu)

壓力容器的工作介質(zhì)具有不同的特點(diǎn)和不同的工藝單元，相應(yīng)的操作壓力和溫度也就不同。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高溫和高壓等復(fù)雜情況。因此，壓力容器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得更加多樣化，以有效應(yīng)對(duì)許多困難的環(huán)境條件。示例：熱交換器，反應(yīng)器等這些是壓力容器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員充分了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理，并采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，以確保提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全性能和正常使用中壓力容器的安全性，必須要先保證產(chǎn)品的安全性能。

2 壓力容器設(shè)計(jì)與制造中的典型問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)師由于多種因素而缺乏靈活性

作為壓力容器設(shè)計(jì)和制造的主要執(zhí)行者，設(shè)計(jì)和制造人員的專業(yè)水平會(huì)在一定程度上影響壓力容器設(shè)計(jì)的質(zhì)量。但是，由于許多因素，設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法大展身手，這也影響了壓力容器設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)的順利進(jìn)行。例如：在成本控制的影響下，壓力容器的建造水平無(wú)法得到有效提高，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員只能在有限的成本范圍內(nèi)選擇合適的建筑材料，此外，國(guó)家頒布了許多有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)和制造的法律法規(guī)，為設(shè)計(jì)人員提供了更多的外部約束，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)使用的靈活性降低，所以就缺乏了靈活性，無(wú)法變通[1]。

2.2 開(kāi)發(fā)人員沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法有效評(píng)估潛在風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念在中國(guó)的引入比較晚，《2009年固定壓力容器安全安全條例》的第一版提出“III類壓力容器在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，包括主要的故障模式和風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)估報(bào)告”。到目前為止，設(shè)計(jì)人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理和控制設(shè)計(jì)的了解還很有限，并且在確定設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管控意識(shí)方面缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此了解風(fēng)險(xiǎn)管理仍然是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告的基礎(chǔ)，并且對(duì)于大多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告都缺乏實(shí)際的指導(dǎo)意義。

2.3 對(duì)材料更換的理解不充分，間接影響了產(chǎn)品質(zhì)量

所用材料的質(zhì)量在一定程度上決定了壓力容器的性能，但是在購(gòu)買正確的制造材料時(shí)，通常會(huì)受到成本控制的影響。有些公司為了眼前利益，更喜歡使用低質(zhì)量的制造材料來(lái)填充，為壓力容器的安全使用埋下了隱患。此外，一些公司選擇材料代換的方法來(lái)解決成本管理問(wèn)題，雖然可以在一定程度上減輕公司的經(jīng)濟(jì)壓力，但是這卻無(wú)法有效保證使用替代材料的安全性和可靠性[2]。

3 提升壓力容器設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的建議

3.1 做好防腐蝕設(shè)計(jì)

大多數(shù)壓力容器由金屬材料制成，在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，因此，設(shè)計(jì)和制造時(shí)必須嚴(yán)格遵守防腐蝕設(shè)計(jì)，這樣才能有效地延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命。另外，檢查和操作人員還需要定期檢查壓力容器，以確保金屬顆粒在壓力容器的金屬外表面上均勻分布。進(jìn)而降低設(shè)備腐蝕和爆炸的可能性。在壓力容器的制造中，還可以適當(dāng)?shù)靥砑鱼t元素以改善壓力容器的耐腐蝕性。

3.2提高設(shè)計(jì)師的個(gè)人能力和素質(zhì)

設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量的最主要保證，為了確保壓力容器的質(zhì)量和安全，要不斷提高壓力容器設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平和綜合素質(zhì)，設(shè)計(jì)者必須有廣泛的知識(shí)，正確地理解和運(yùn)用國(guó)家的各項(xiàng)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。此外，通過(guò)培訓(xùn)和工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)人員可以靈活地使用各種相關(guān)知識(shí)，例如力學(xué)、材料、計(jì)算、焊接、測(cè)試、測(cè)試、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識(shí)，以便于設(shè)計(jì)人員可以控制某些特定的設(shè)計(jì)約束條件，例如需要能夠控制設(shè)計(jì)方法、材料選擇、結(jié)構(gòu)圖、成本管理、時(shí)間安排等，這些影響設(shè)計(jì)的因素稱為內(nèi)部約束。它們不是靜態(tài)的，設(shè)計(jì)人員根據(jù)特定情況進(jìn)行管理，收集相關(guān)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，放松某些條件以形成某些可以實(shí)施的設(shè)計(jì)模式，并使用這些內(nèi)部約束條件進(jìn)行最終的評(píng)估，并選擇和查找“最佳”設(shè)計(jì)，使這些設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的才能。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法可以分為定性評(píng)估和定量評(píng)估。定量評(píng)估基于大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。定性評(píng)估相對(duì)容易管理，但由于評(píng)估者經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)的差異，分析出來(lái)的結(jié)果可能會(huì)不準(zhǔn)確。在評(píng)估壓力容器設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，盡管國(guó)內(nèi)外有大量相關(guān)信息和研究，最終還是要進(jìn)行定量分析，以確定已經(jīng)人工制定的比重指數(shù)，在進(jìn)行分析時(shí)，不可避免地會(huì)發(fā)生主觀判斷。在評(píng)估中，通常有幾個(gè)因素會(huì)影響評(píng)估壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)。例如，很難使用單個(gè)數(shù)值表示來(lái)概括風(fēng)險(xiǎn)因素的本質(zhì)，目前，在壓力容器的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行定性評(píng)估的方法還是比較穩(wěn)妥的[3]。

4 結(jié) 論

目前，壓力容器由于其特殊的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的特殊性條件而被廣泛應(yīng)用于石油、化工、工程、海洋等行業(yè)，同時(shí)由于其獨(dú)特的專業(yè)特性，成為了這些行業(yè)廣泛使用的設(shè)備之一。由于其具有非常危險(xiǎn)的特性，并且也受到國(guó)家法律法規(guī)的強(qiáng)制管控，因此它也被列為特種設(shè)備之一。此外，在壓力容器的設(shè)計(jì)和制造中不但要嚴(yán)格遵守相關(guān)法律、法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且還要將理論和實(shí)踐有效結(jié)合，并解決設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題不斷進(jìn)行歸納研究并積累所獲得行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在達(dá)到設(shè)計(jì)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、易于制造和造價(jià)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)的同時(shí)也要確保產(chǎn)品的安全性和可靠性，使用可靠且具有成本效益的方法來(lái)確保產(chǎn)品安全性能。