壓力容器設(shè)計及制造過程中降低應(yīng)力集中的措施

馬鵬 吳晨 朱旭晨

摘要：隨著科技的進(jìn)步，工程事業(yè)的快速發(fā)展，壓力容器成為工業(yè)企業(yè)的關(guān)鍵點同時也是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備。壓力容器對于工業(yè)發(fā)展來說，要保障其安全性和穩(wěn)定性，對壓力容器的載荷與應(yīng)力以及應(yīng)力和變形提出分析，保障安全的同時又要實現(xiàn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。那么，如何實現(xiàn)安全性呢？本文通過對壓力容器的設(shè)計以及其制造過程中降低應(yīng)力，集中提出相應(yīng)措施，保障壓力容器的安全與穩(wěn)定，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：壓力容器;制造過程;降低應(yīng)力

前言

伴隨著現(xiàn)代的工業(yè)水平逐漸進(jìn)步，我國在石油能源的開發(fā)中起到了關(guān)鍵的作用，因此在石油行業(yè)，保障壓力容器的安全性以及可靠性至關(guān)重要，我國對壓力容器進(jìn)行了有關(guān)制造要求和技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時也對壓力容器的制造提出了新的方案，保證壓力容器能夠多方面使用新興工藝以及材料在壓力容器的使用過程中，需要避免應(yīng)力腐蝕對壓力容器的損害同時要采取相應(yīng)的解決辦法，避免造成更大的危害。

一、壓力容器的應(yīng)用

我國非常重視壓力容器的相關(guān)應(yīng)用以及發(fā)展，同時對壓力容器也進(jìn)行了較為完善的體系規(guī)定以及要求保障新技術(shù)在壓力容器的實施中得以體現(xiàn)，同時在制造和設(shè)計壓力容器的過程中保障壓力容器的安全性以及穩(wěn)定工作性是當(dāng)前的必要點之一，那么壓力容器的特點有以下幾項：

（1）壓力容器的工作環(huán)境極其惡劣

其壓力容器往往需要承載強(qiáng)大的壓力以及極高的溫度，同時也時時刻刻受著腐蝕的風(fēng)險，若不能保證壓力容器的安全性則極易產(chǎn)生安全事故。同時壓力容器需要極高的安全性需求，若周圍環(huán)境陰濕或雷雨頻繁，那么需要對壓力容器進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

（2）壓力容器中存在著種類繁多的介質(zhì)

大多數(shù)具有不同程度的腐蝕性和爆炸性，因此保障壓力容器的密封性成為當(dāng)下的重要解決問題之一，因此容器的密封性如果處理不到位則會導(dǎo)致介質(zhì)泄漏等問題，進(jìn)一步的造成巨大的破壞。

（3）壓力容器的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜

壓力容器為了滿足各式各樣的工業(yè)需求，則需要壓力容器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上具備更多的多樣性，以便于適應(yīng)不同的工作條件以及環(huán)境條件，因此壓力容器的設(shè)計需要極高的要求。

二、壓力容器中的應(yīng)力集中問題

壓力容器到工作條件惡劣，其中應(yīng)力集中以及應(yīng)力腐蝕是使應(yīng)力容器產(chǎn)生裂紋以及造成損害的原因之一。那么在不同的工作條件下，化學(xué)物質(zhì)以及機(jī)械工作的高強(qiáng)度作用下，壓力容器容易在應(yīng)力集中和應(yīng)力腐蝕的條件下出現(xiàn)裂紋，進(jìn)一步致使壓力容器造成損壞。

（1）應(yīng)力集中問題

應(yīng)力集中問題受到壓力容器的制材條件影響，同時也是彈性力學(xué)的常見問題，當(dāng)壓力容器出現(xiàn)形狀改變時，那么壓力容器就特別容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。這個現(xiàn)象容易使脆性的金屬板材料發(fā)生，竟在斷裂同時也會使韌性材料出現(xiàn)疲勞而發(fā)生裂紋，若不能及時的對壓力容器進(jìn)行有關(guān)保護(hù)的話，裂紋將會逐漸擴(kuò)大，最后導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生。壓力容器表面的裂紋或者其他缺陷的存在也時產(chǎn)生應(yīng)力的問題所在，因此才壓力容器設(shè)計的時候盡量使用統(tǒng)一材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)制造，并進(jìn)可能的保證連接部分的曲率半徑部分的保證一致。

（2）壓力容器應(yīng)力集中的源頭

壓力容器中的應(yīng)力集中主要是因為結(jié)構(gòu)上的幾何并不是連續(xù)的在壓力容器的設(shè)計支出選擇了瓶蓋封頭的設(shè)計，這樣的設(shè)計會導(dǎo)致容器的軀體產(chǎn)生不連續(xù)效應(yīng)，因此引發(fā)了應(yīng)力集中的問題。此外容器上有各種各樣的管道口，管道口不僅僅破壞了壓力容器的連續(xù)性和消除了壓力容器的整體性，同時也在一定程度上增加了壓力容器的應(yīng)力集中。

影響壓力容器應(yīng)力集中的另一個原因是焊接當(dāng)壓力容器進(jìn)行設(shè)計組裝時焊接的連接方式使壓力容器通過焊縫母材和熱影響區(qū)以及融合區(qū)的焊接接頭，使應(yīng)力集中效應(yīng)得到了增強(qiáng)。

三、降低壓力容器應(yīng)力集中的措施

降低壓力容器的應(yīng)力集中效應(yīng)，不僅僅可以有效的保證壓力容器的安全性，同時減少壓力容器裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)一步的消除安全事故隱患，同時也使工作人員的工作環(huán)境得到了進(jìn)一步的保障。

（1）對壓力容器設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

壓力容器應(yīng)力集中的產(chǎn)生與壓力容器的選材有巨大的關(guān)系，在壓力容器的設(shè)計當(dāng)初要進(jìn)行選材優(yōu)化，進(jìn)一步從基礎(chǔ)做起，減少應(yīng)力，集中帶來的危害影響。其次進(jìn)一步減少瓶蓋封頭的設(shè)計，取而代之的是采用凸形封頭保證壓力容器的連續(xù)性得到提升，其次是優(yōu)化管口的布置，減少壓力容器頂部的非必要開口，避免在底座以及壓力容器的筒體之間設(shè)置墊板。設(shè)計壓力容器時需要采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先使用回轉(zhuǎn)殼體或者成型封頭，此類的選擇是一體化制造的，減少了缺口的出現(xiàn)，從而能夠很大程度上減少應(yīng)力的產(chǎn)生。

（2）使用合理的焊接技術(shù)以及焊接工藝

焊接技術(shù)的改動不僅僅可以改善元件之間的連接程度，同時也可以很大程度的降低應(yīng)力的水平。在進(jìn)行焊接時需要選用對接接頭，因為相比如腳接接頭來說，對接型的接頭不僅僅可以避免應(yīng)力集中效應(yīng)，同時也可以加強(qiáng)焊接程度。在選用封頭時，需要選擇帶有直邊的封頭，同時對風(fēng)頭上的開孔以及高頸對焊法蘭等措施，也是至關(guān)重要。在焊接接頭的尺寸上，需要選用合適的接頭尺寸，保證低應(yīng)力水平，同時對不同等厚度的受壓元件進(jìn)行削薄處理，保證厚度盡量一致。

（3）使用先進(jìn)的方法對壓力容器進(jìn)行有關(guān)改造

相對于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來講，傳統(tǒng)的設(shè)計方法雖然會更便捷的，且快速的為設(shè)計者提供方案，但是容易造成有關(guān)的資源浪費，并且使應(yīng)力集中水平不能降低，因此在設(shè)計方案時需要保障良好的設(shè)計理念，從對壓力容器進(jìn)行設(shè)計支出開始進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)化和結(jié)構(gòu)化，防止一刀切的現(xiàn)象產(chǎn)生。

結(jié)束語

工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成為我國重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展途徑，壓力容器的廣泛使用不僅僅為工業(yè)的生產(chǎn)帶來了良好的機(jī)遇，同時也保障了社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步上升。與此同時，保證壓力容器的應(yīng)力集中水平穩(wěn)定是保障壓力容器的安全基礎(chǔ)，同時消除應(yīng)力集中，杜絕腐蝕情況產(chǎn)生，確保壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)過程中的安全進(jìn)行。

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