壓力容器設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中降低應(yīng)力集中的措施

陳玉珉

摘要：壓力容器在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中較為常用，近年來(lái)其制造水平在科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下取得了顯著進(jìn)步，但是隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)現(xiàn)有的壓力容器設(shè)計(jì)制造體系逐漸暴露出自身的問(wèn)題和不足。在壓力容器制造的過(guò)程中，應(yīng)力集中問(wèn)題一直是限制其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的重要因素。為了推動(dòng)壓力容器的未來(lái)發(fā)展，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)應(yīng)力集中解決方法的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文對(duì)此展開分析探討。

關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)計(jì);制造過(guò)程;降低應(yīng)力措施

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)工業(yè)化水平明顯提高，工業(yè)產(chǎn)品出口額逐年攀升，這給工業(yè)企業(yè)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，面對(duì)當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，為了能夠確保企業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)的同時(shí)，推動(dòng)我國(guó)國(guó)際影響力有效提高，那么就必須對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出更高的要求。隨著我國(guó)石油以及化工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，壓力容器作為企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵的部分，如果企業(yè)還是不了解壓力容器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重要性，那么就會(huì)導(dǎo)致易燃易爆的壓力容器因?yàn)樵O(shè)計(jì)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，而造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題。對(duì)此，文章針對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1壓力容器設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

壓力容器是一種非常重要的設(shè)備，在許多的領(lǐng)域都得到了相關(guān)的應(yīng)用，在當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題，嚴(yán)重的影響了壓力容器的實(shí)用性和安全性，這些問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在材料的選用上存在問(wèn)題，壓力容器在使用的過(guò)程中，經(jīng)常要承受巨大的壓力，這樣的使用特點(diǎn)給壓力容器的材料帶來(lái)了更高的要求，如果壓力容器材料的強(qiáng)度和其他的性能不能符合使用的標(biāo)準(zhǔn)，就非常容易產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)，但是在當(dāng)前的壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)材料的選用上經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)壓力容器對(duì)材料的性能標(biāo)準(zhǔn)不能做到準(zhǔn)確的把握，給壓力容器的使用帶來(lái)了很大的風(fēng)險(xiǎn);第二，壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)腐蝕的情況沒(méi)有考慮周全，影響了壓力容器的使用壽命，而且還造成了壓力容器的使用風(fēng)險(xiǎn);第三，在法蘭的選用上存在問(wèn)題。法蘭是壓力容器設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，法蘭的作用是連接壓力容器中的各個(gè)構(gòu)件，如果在壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，法蘭的選擇存在不合理的情況，會(huì)嚴(yán)重的影響壓力容器的正常使用。

2壓力容器設(shè)計(jì)的要求

通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了能夠做好壓力容器的設(shè)計(jì)工作，相關(guān)工作人員可以圍繞以下幾點(diǎn)要求進(jìn)行。第一，在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，所有的工作人員必須嚴(yán)格按照行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，將具體的設(shè)計(jì)制度全面落實(shí)到檔案內(nèi)容之中。第二，設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器，必須與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，只有控制好壓力容器的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能在企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，使得壓力容器的承壓性能顯著提升。第三，對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，其生產(chǎn)過(guò)程需要用到的材料大都具有一定的腐蝕性，再加上易燃易爆的特點(diǎn)，為了避免后期壓力容器使用過(guò)程中安全事故的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)工作就必須圍繞壓力容器的安全性能展開。第四，不管是企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中所應(yīng)用的何種形式的設(shè)備，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，必然會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，而相對(duì)壓力容器來(lái)說(shuō)，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程所應(yīng)用的腐蝕性的材料，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕，當(dāng)穿透壓力容器時(shí)，就會(huì)對(duì)容器的使用壽命造成威脅。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，就必須充分考慮壓力容器使用壽命延長(zhǎng)的重要性，希望能夠發(fā)揮壓力容器性能的同時(shí)，盡可能的提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3壓力容器制造降低應(yīng)力集中的方法

3.1壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是降低應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)的最主要的方法。根據(jù)應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生的特點(diǎn)，在進(jìn)行壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的實(shí)際應(yīng)用需求，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。一般情況下，壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先采用回轉(zhuǎn)殼體和成型封頭。此類結(jié)構(gòu)一般采用一體化制造方法，不容易出現(xiàn)缺口等漏洞，從而減少了發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象的問(wèn)題。在部分情況下，壓力容器需要進(jìn)行多件結(jié)構(gòu)的連接。為了避免在連接的過(guò)程中發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)盡可能減少不同結(jié)構(gòu)之間的剛度差。根據(jù)剛度差的影響因素分析，需要注意的主要包括結(jié)構(gòu)的材料選用、曲率半徑、厚度等。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡可能采用同一種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)制造，并盡可能保證連接部分的曲率半徑等等保持一致。

3.2壓力容器制造工藝的改進(jìn)方法分析

除了對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化之外，還需要對(duì)其制造工藝進(jìn)行必要的改進(jìn)，以降低壓力集中現(xiàn)象的發(fā)生。目前，焊接仍然是壓力容器制造中不可或缺的一環(huán)，也是保證壓力容器制造質(zhì)量的重要因素。在焊接的過(guò)程中，如果不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)余高等因素的控制，很容易導(dǎo)致壓力容器的結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行壓力容器焊接的時(shí)候，需要根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)手段，嚴(yán)格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)壓力容器的焊縫等進(jìn)行打磨。同時(shí)，為了保證壓力容器的使用質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)盡可能避免采用點(diǎn)焊等焊接方式進(jìn)行壓力容器的制造。

3.3做好防腐蝕設(shè)計(jì)

壓力容器通常都是有金屬制成的，在使用的過(guò)程中，金屬會(huì)受到不同程度的腐蝕，壓力容器的腐蝕可以為分兩種：特定部位的腐蝕和均勻腐蝕。其中均勻腐蝕大多發(fā)生在暴露在空氣中的大面積金屬面上，而特定部位的腐蝕發(fā)生的原因比較復(fù)雜，其中包含了應(yīng)力造成的腐蝕，氫致腐蝕等等，金屬材料的腐蝕對(duì)壓力容器影響非常的大，會(huì)降低壓力容器的使用壽命，特別是特定部位的腐蝕，除了會(huì)影響壓力容器的正常使用以外，還容易產(chǎn)生一些危險(xiǎn)，所以，在壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要靠看腐蝕的問(wèn)題。在壓力容器設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)腐蝕余量進(jìn)行充分的分析，除此之外，還需要對(duì)其進(jìn)行固定頻率的檢查工作。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要保證壓力容器的金屬外表面盡量的光潔整齊，金屬顆粒分布的要均勻，這樣在使用的時(shí)候，可以使壓力容器的受力均勻，防止其中局部應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生發(fā)的應(yīng)力腐蝕;在壓力容器的制作過(guò)程中，要對(duì)氯離子的含量進(jìn)行把控，減少氯離子的含量，可以減少金屬被腐蝕的程度;在壓力容器的內(nèi)壁可以適當(dāng)?shù)耐磕ǚ栏g的涂層，這是一種最直接的金屬防腐蝕方法，防腐蝕涂層可以把壓力容器的金屬層與壓力容器內(nèi)部的氣體進(jìn)行隔離，可以有效的防治壓力容器腐蝕的發(fā)生，還可以在壓力容器制作的過(guò)程中加入一些合金元素，提升制作材料的抗腐蝕能力，比如在金屬中加入鉻，就可以有效的提升金屬的抗腐蝕能力，達(dá)到實(shí)際需求的抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn);在壓力容器使用過(guò)程中，如果在壓力容器的內(nèi)部或者一些死角部位存在各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)與空氣中的水分和氧氣發(fā)生反應(yīng)，可以產(chǎn)生電離現(xiàn)象，加速金屬的腐蝕，所以在壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以使用復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu)，減少壓力容器中的死角，并且在壓力容器使用完成以后，要對(duì)設(shè)備的出口處進(jìn)行除垢處理，防止各種雜物的沉積造成了金屬腐蝕。

結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的歷程中，各大化工和設(shè)備制造企業(yè)是重要的推動(dòng)力量。面對(duì)當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)細(xì)化部分的重視，優(yōu)化壓力容器的強(qiáng)度屬性，同時(shí)選擇高質(zhì)量的材料嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)展開設(shè)計(jì)工作，確保壓力容器具備較高的穩(wěn)定性能。

參考文獻(xiàn)：

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