壓力容器設(shè)計(jì)制造常見(jiàn)缺陷及應(yīng)對(duì)措施

周 明

（河南惠潤(rùn)化工科技股份有限公司，河南平頂山 467000）

0 引言

目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)處在快速發(fā)展階段，各個(gè)行業(yè)也逐漸步入正軌，所使用的壓力容器數(shù)量逐年上升，同時(shí)企業(yè)對(duì)壓力容器的質(zhì)量和使用效果要求也越來(lái)越高。由于多數(shù)壓力容器被用于儲(chǔ)存有高度污染性、毒性、腐蝕性以及易燃、易爆的介質(zhì)，并且其在生產(chǎn)過(guò)程中很容易受到外界環(huán)境及內(nèi)部因素的影響，生產(chǎn)企業(yè)不僅要優(yōu)化改進(jìn)壓力容器的制造工藝，還要充分考慮單位需求提高其使用價(jià)值、延長(zhǎng)其使用壽命。

1 壓力容器的特點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)和制造過(guò)程需要極高的專(zhuān)業(yè)水平

在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，需要運(yùn)用到開(kāi)發(fā)軟件中的各個(gè)部件來(lái)測(cè)試，因此，設(shè)計(jì)人員自身必須要具備專(zhuān)業(yè)的技能和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還要熟練掌握先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件，只有這樣才能保證所設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器具有很高的安全性，減少外界因素對(duì)其的影響。

1.2 生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)安全性能要求高

壓力容器在工作時(shí)，其工作環(huán)境具備高溫、高壓、真空以及腐蝕的特點(diǎn)，部分壓力容器的材料存在著劇毒以及易燃易爆等危險(xiǎn)因素，因此，不管是設(shè)計(jì)、制造還是使用，都要嚴(yán)格保證生產(chǎn)工序的專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)范化，提高壓力容器的安全性能，給工作人員的安全提供保障。在生產(chǎn)時(shí)企業(yè)必須要將安全問(wèn)題放在第一位，工作人員一定要嚴(yán)格遵守生產(chǎn)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)出更多高質(zhì)量的壓力容器，提高安全性能。在壓力容器制造過(guò)程中，不同階段要采取不同的制造標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同時(shí)期的使用要求，提高容器的使用效果。目前制造企業(yè)開(kāi)始逐漸引進(jìn)新的技術(shù)和方法，改進(jìn)生產(chǎn)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)多樣性

壓力容器是一種較為常用的工業(yè)機(jī)械設(shè)備，尤其是石化企業(yè)，需要使用它來(lái)存儲(chǔ)石油產(chǎn)品，制藥、飲食等行業(yè)中也會(huì)應(yīng)用到。由于每個(gè)行業(yè)、每個(gè)企業(yè)自身對(duì)壓力容器的應(yīng)用均有其差異性，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用環(huán)境來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造和安裝，這也體現(xiàn)出壓力容器結(jié)構(gòu)參數(shù)的多樣性特點(diǎn)。在某一企業(yè)對(duì)壓力容器有特殊需求時(shí)，生產(chǎn)制造企業(yè)便應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況有針對(duì)性地設(shè)計(jì)、制造、安裝壓力容器。

1.4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及其他事項(xiàng)

在過(guò)去，壓力容器的生產(chǎn)相對(duì)較為低效，且整體性能不佳，這與其市場(chǎng)定位、加工工藝、材料選擇等多方面因素均有關(guān)聯(lián)，由此可見(jiàn)壓力容器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性特點(diǎn)。壓力容器的工作環(huán)境較為惡劣，使用時(shí)容器需要承受極大的壓力，必須要有良好的整體性能，隨著當(dāng)下工業(yè)、制造業(yè)的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜性特點(diǎn)和質(zhì)量控制方面來(lái)進(jìn)行考慮，加強(qiáng)對(duì)壓力容器材料、加工工藝等多方面的細(xì)節(jié)性管控。

2 壓力容器設(shè)計(jì)制造中存在的缺陷

2.1 原材料性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)

壓力容器作為一種高性能器件設(shè)備，合理的材料是保障其性能的重要指標(biāo)。在生產(chǎn)制造前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的材料，以達(dá)到最佳的性能要求，保障壓力容器的生產(chǎn)施工。從實(shí)際分析來(lái)看，材料使用不合理已經(jīng)成為壓力容器生產(chǎn)施工中的主要問(wèn)題之一。根據(jù)調(diào)查，由于材料選購(gòu)部門(mén)工作人員的疏忽，未嚴(yán)格根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)篩選材料，而用于壓力容器制造的材料類(lèi)型較多，如果有其中一種不符合標(biāo)準(zhǔn)便有可能會(huì)影響壓力容器的整體性能。目前有許多因壓力容器內(nèi)某種材料性能不過(guò)關(guān)而導(dǎo)致爆炸或其他安全事故。此外，不合理的材料不僅會(huì)給企業(yè)造成損失，還極有可能會(huì)危及相關(guān)工作人員的生命安全。

2.2 焊接工藝不能保障容器整體性能

焊接工藝是保障壓力容器整體性能的重要過(guò)程。無(wú)論是哪一種工業(yè)用容器，幾乎均需應(yīng)用到焊接工藝，而且當(dāng)前焊接工藝已經(jīng)引入了許多的新技術(shù)、得到了較大的發(fā)展。盡管石化行業(yè)的壓力容器需要根據(jù)實(shí)際情況的不同來(lái)選擇不同的焊接工藝，但均對(duì)焊接工藝有著極高的要求。壓力容器需要在高溫、高壓的狀態(tài)下工作，其中的壓力大致可分為縱向和橫向，無(wú)論是哪一種方向的壓力，均會(huì)對(duì)壓力容器產(chǎn)生沖擊，而此時(shí)良好的焊接工藝能夠真正地將多種材料連接成一個(gè)整體，使壓力容器擁有極佳的性能。但在實(shí)際焊接工作中，存在縱向、橫向焊接工藝選擇不合理等問(wèn)題，甚至存在一定的盲目性，導(dǎo)致壓力容器的焊接工藝不佳。

2.3 加工過(guò)程不合格

壓力容器的設(shè)計(jì)制造對(duì)工藝有著極高的要求，過(guò)程復(fù)雜且需要做許多復(fù)雜性工作，因此要從實(shí)際出發(fā)，做好加工處理，保障整體加工過(guò)程的合理性。以前，壓力容器加工過(guò)程無(wú)嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系，在實(shí)際加工時(shí)極有可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量管理不佳的問(wèn)題，并誘發(fā)一些問(wèn)題，如測(cè)量?jī)x器精準(zhǔn)度不佳、工作人員操作規(guī)范性不足等。雖然預(yù)先會(huì)制定相應(yīng)的加工方案及施工規(guī)劃，但能夠真正從綜合、全面的角度考慮問(wèn)題，又如過(guò)于注重壓力容器、未兼顧在地形操作環(huán)節(jié)等，許多細(xì)節(jié)性問(wèn)題極有可能會(huì)嚴(yán)重影響壓力容器的性能。

3 壓力容器制造缺陷的應(yīng)對(duì)措施

3.1 準(zhǔn)確計(jì)算法蘭數(shù)值

作為壓力容器設(shè)計(jì)核心內(nèi)容，法蘭設(shè)計(jì)效果將直接影響壓力容器整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。加強(qiáng)對(duì)法蘭設(shè)計(jì)管控，可以有效提升壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量。在國(guó)際上，廣泛應(yīng)用的壓力容器法蘭設(shè)計(jì)方式屬于Waters法。通常情況下，法蘭應(yīng)力由3個(gè)部分構(gòu)成，分別是法蘭力矩應(yīng)力、由壓力直接作用于法蘭本體造成的環(huán)向應(yīng)力、由組成法蘭各個(gè)環(huán)節(jié)在壓力影響下形成的應(yīng)力，因此需要科學(xué)核算壓力容器法蘭設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)、受力情況等方向綜合思考，結(jié)合壓力容器設(shè)計(jì)和制造要求，獲取精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而提升壓力容器設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。

3.2 選擇標(biāo)準(zhǔn)化的制造材料

目前，石化企業(yè)正處于可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，對(duì)我國(guó)社會(huì)的現(xiàn)代化起到推動(dòng)作用。壓力容器作為其生產(chǎn)的重要設(shè)備，對(duì)其生產(chǎn)有重大影響。通過(guò)以上分析來(lái)看，壓力容器在材料方面有較大的局限性，導(dǎo)致其無(wú)法有效應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)。

良好的材料對(duì)提升壓力容器質(zhì)量至關(guān)重要，但是曾經(jīng)由于材料選擇的問(wèn)題，導(dǎo)致壓力容器無(wú)法滿足石化企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求。因此，相關(guān)采購(gòu)部門(mén)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，深入貫徹落實(shí)各種規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選購(gòu)材料，而且在選購(gòu)過(guò)程中還要對(duì)材料性能進(jìn)行檢驗(yàn)，再綜合篩選質(zhì)量最佳、價(jià)格最便宜的材料，來(lái)滿足壓力容器生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件。

3.3 合理布置焊接工藝

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中壓力容器需要承受極大的壓力，因此不僅要有極佳的材料性能，還需要通過(guò)焊接施工使所有零部件連接成一個(gè)整體。在實(shí)際工作中，必須要保證焊接工藝，使壓力容器達(dá)到石化生產(chǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)調(diào)查分析，未達(dá)到應(yīng)用焊接標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器在使用時(shí)極易出現(xiàn)輕微裂紋，進(jìn)而形成安全隱患。因此，要從實(shí)際出發(fā)，從縱向、橫向角度來(lái)進(jìn)行焊接，而且焊接過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視嚴(yán)格做好焊接質(zhì)量控制，避免操作不規(guī)范、焊縫重疊等情況。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的焊接材料和焊接模型來(lái)進(jìn)行焊接設(shè)計(jì)工作，而且焊接位置、粘結(jié)程度等指標(biāo)均應(yīng)在焊接圖中體現(xiàn)。

相比焊條電弧焊等普通焊技術(shù)，激光復(fù)合焊接技術(shù)有極高的穩(wěn)定性，在焊接過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)材料飛濺的情況，接頭性能較好。它的熱源能量高度集中，焊接時(shí)熱影響區(qū)小、工件形變小，焊接效率也大大提高，并且焊縫成型非常美觀，大大提升了壓力容器的焊接質(zhì)量。另外，這一技術(shù)的性能穩(wěn)定，易操作，不易返工，確保了壓力容器的整體安全，但對(duì)工件組對(duì)精度要求極高，而且激光焊設(shè)備昂貴，這些因素大大限制了其廣泛推廣。

3.4 加工過(guò)程中的影響因素分析

在提升與壓力容器設(shè)計(jì)制造安裝等過(guò)程的質(zhì)量時(shí)，除需要注重材料、焊接工藝外，還必須要加強(qiáng)對(duì)加工過(guò)程的管控。壓力容器的加工過(guò)程中較為復(fù)雜、多變，雖然事先已經(jīng)做好了相應(yīng)的規(guī)劃工作，但依然可能會(huì)因一些不確定性因素對(duì)整體過(guò)程產(chǎn)生消極影響，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致壓力容器的整體質(zhì)量未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此，工作人員首先要注重細(xì)節(jié)性環(huán)節(jié)，管理部門(mén)也要定期組織員工深入學(xué)習(xí)相關(guān)理論性知識(shí)，使加工過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)均能夠被照顧到；其次應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格計(jì)算回彈量，確?；貜椓康暮侠硇?，不影響壓力容器的形狀；最后，加工過(guò)程中要重視壓力容器的物理特性，應(yīng)在熱加工、冷加工后做好相應(yīng)的管控工作，確保加工過(guò)程的順利、合理實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)及工業(yè)的發(fā)展，壓力容器在人們生活中應(yīng)用得更為廣泛。因此，在壓力容器生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)嚴(yán)格控制過(guò)程質(zhì)量，消除安全隱患，這不僅直接決定著壓力容器的使用壽命及運(yùn)行安全，還會(huì)影響到使用單位的整體經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。本文首先分析了壓力容器的特點(diǎn)，指出了其生產(chǎn)制造過(guò)程中存在的缺陷問(wèn)題，并從材料、焊接工藝、加工過(guò)程3個(gè)方面針對(duì)性地提出解決策略，以促進(jìn)壓力容器性能的提升。