探究壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題與防范策略

勞志毅

（珠海市建華鍋爐機(jī)械工程有限公司 廣東珠海 519180）

壓力容器作為特種設(shè)備，通常用于深冷、高溫、高壓、腐蝕環(huán)境中，涉及生產(chǎn)原料多具有易爆、易燃性質(zhì)，對(duì)于壓力容器設(shè)計(jì)提出了更高要求。特別是壓力容器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，涉及機(jī)械加工、力學(xué)、冶金等理論，為保證壓力容器能夠適應(yīng)不同場(chǎng)景需求，設(shè)計(jì)人員需采取專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段，遵循設(shè)計(jì)規(guī)范與法律法規(guī)，從而提高壓力容器耐久性[1]。

一、壓力容器設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題

（一）選材不足

壓力容器設(shè)計(jì)中，材料問(wèn)題易出現(xiàn)材料缺陷、類(lèi)型錯(cuò)誤及性?xún)r(jià)比不高的問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員選材中，材料自身如若存在質(zhì)量缺陷，難以保證壓力容器強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響后續(xù)使用，還應(yīng)當(dāng)考慮材料性?xún)r(jià)比，否則會(huì)損害產(chǎn)品生產(chǎn)與企業(yè)效益。因此，人員應(yīng)根據(jù)壓力容器耐壓強(qiáng)度、介質(zhì)特性等選擇合適類(lèi)型，提高材料性?xún)r(jià)比。

（二）年限不足

壓力容器設(shè)計(jì)中，年限設(shè)計(jì)作為重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前存在不足之處，體現(xiàn)在以下兩方面：一是設(shè)計(jì)人員未能高度重視使用年限，設(shè)計(jì)中未能在圖紙中加以標(biāo)注，導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用存在困擾，甚至?xí)a(chǎn)生安全問(wèn)題；二是壓力容器設(shè)計(jì)中，盡管標(biāo)注使用年限，卻通常是設(shè)計(jì)人員格局主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷，存在一定偏差。

（三）造價(jià)過(guò)高

壓力容器設(shè)計(jì)中，材料選擇和技術(shù)應(yīng)用均需要投入大量成本，導(dǎo)致后期生產(chǎn)壓力容器花費(fèi)較多，增加企業(yè)生產(chǎn)壓力。而壓力容器設(shè)計(jì)中影響造價(jià)因素主要在于尺寸發(fā)展、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和材料選擇，部分行業(yè)對(duì)于壓力容器具有較高要求，需選用質(zhì)量高的材料加工，增加了企業(yè)成本，使用低質(zhì)量?jī)r(jià)格盡管能夠減少成本，卻無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)需求，增加設(shè)計(jì)難度。因此，在壓力容器設(shè)計(jì)中，選擇高質(zhì)量材料需調(diào)整容器尺寸和結(jié)構(gòu)，結(jié)合用途合理設(shè)計(jì)大小，節(jié)約材料消耗，以降低成本支出[2]。

二、壓力容器設(shè)計(jì)防范策略

（一）合理選用材料

壓力容器設(shè)計(jì)選擇材料不是一成不變，不同階段應(yīng)用材料有所差異。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)選擇焊接強(qiáng)、耐熱性高的材料，提高壓力容器強(qiáng)度與封閉性，材料如若指標(biāo)符合要求，投入使用后還需對(duì)安全指標(biāo)加以?xún)?yōu)化[3]。原材料選擇中，安排專(zhuān)業(yè)采購(gòu)人員，通過(guò)合理分析市場(chǎng)供應(yīng)商，與具有資質(zhì)、信用高的供應(yīng)商合作，抽查產(chǎn)品，評(píng)估樣品，材料到貨后還需要清查材料，無(wú)用材料退換貨，保證規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成材料替換。同時(shí)，人員設(shè)計(jì)中材料以薄代厚，應(yīng)當(dāng)注重殼體與封頭連接位置，做好封頭削邊處理，管板與筒體連接增加厚度后，會(huì)降低焊接應(yīng)力，設(shè)計(jì)者需選擇恰當(dāng)部分以薄代厚，關(guān)鍵位置則不能替換，以避免容器質(zhì)量降低。

（二）標(biāo)注使用年限

在估算壓力使用年限中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)掌握全部關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，深入研究使用年限設(shè)定，明確每個(gè)會(huì)影響容器使用年限的因素，利用科學(xué)技術(shù)估算年限，避免出現(xiàn)年限標(biāo)注縮短或延長(zhǎng)情況。人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)觀(guān)察壓力容器，預(yù)測(cè)實(shí)際壓力容器腐蝕情況，如若腐蝕嚴(yán)重或大幅度縮短使用年限。所以，人員需結(jié)合實(shí)際壓力容器腐蝕速率估算使用壽命，明確其受到外力情況，可采取模擬實(shí)際環(huán)境，輸入工作數(shù)據(jù)的方式，提高估算精準(zhǔn)性。同時(shí)，設(shè)計(jì)圖紙上需統(tǒng)一使用規(guī)則，實(shí)際工作中考慮壓力容器可能用于復(fù)雜工作環(huán)境，受力情況復(fù)雜，需做好損耗檢查，以保證壓力容器合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，提高使用安全性。

（三）強(qiáng)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

壓力容器設(shè)計(jì)中，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，包含零部件應(yīng)用、容器結(jié)構(gòu)等，可從以下方面出發(fā)：一是法蘭計(jì)算。法蘭設(shè)計(jì)中需根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算容器法蘭參數(shù)，可利用ANSIS軟件分析參數(shù)，明確法蘭荷載分布與受力結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)實(shí)用性與強(qiáng)度；二是熱處理。實(shí)際設(shè)計(jì)中，壓力容器熱處理作為重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者對(duì)于厚20mm，直徑為400mm左右的低合金鋼或碳鋼容器，應(yīng)設(shè)計(jì)為無(wú)縫鋼管，不會(huì)影響整體功能應(yīng)用和設(shè)計(jì)效果。而鋼板過(guò)厚或是硬度過(guò)大，則會(huì)降低鋼板可塑性，尤其是厚度大、直徑小的筒體，冷卻后易產(chǎn)生卷曲變形，主要是增大了內(nèi)在盈利，甚至可能產(chǎn)生輕微裂痕，對(duì)容器安全應(yīng)用造成影響。所以，厚度特殊鋼板，冷卻后需采取退火工藝，提高自身硬度和強(qiáng)度，保證設(shè)計(jì)符合要求；三是地腳螺栓螺母。地腳螺栓能夠正確固定容器位置，避免其受到傾覆力矩作用傾倒，材料可選擇Q345C和Q235B，綜合考慮工作環(huán)境溫度，在-20℃以上選用Q235B材料，溫度低于-20℃，則選用Q345C材料，嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

（四）加強(qiáng)氣密性

在壓力容器應(yīng)用前，需展焊接接頭無(wú)損檢測(cè)，確保壓力在承受壓力的同時(shí)，還能保證容器整體性。一是接頭無(wú)損檢測(cè)。在科技進(jìn)步下，無(wú)損檢測(cè)方法越來(lái)越多，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較高，每種檢測(cè)方法自有其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行選擇時(shí)，需考慮檢測(cè)效果，不同檢測(cè)方法選用不同標(biāo)準(zhǔn)，做到靈活變通，人員需做好準(zhǔn)備工作，保證無(wú)損檢測(cè)水平與效率。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督抽查，可通過(guò)超聲波檢測(cè)或射線(xiàn)檢測(cè)法，以確保結(jié)果準(zhǔn)確；二是耐壓試驗(yàn)，檢查零部件安裝情況，避免對(duì)壓力容器應(yīng)用造成影響。在氣體選擇中，可使用壓縮空氣檢測(cè)壓力容器，如若氣體產(chǎn)生泄露，表明氣密性存在問(wèn)題，需檢修壓力容器，無(wú)氣體泄漏，則表明壓力容器氣密性良好，可正常投入生產(chǎn)和應(yīng)用。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，壓力容器可應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)具有重要作用。因此，在壓力容器設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)全面了解壓力容器特點(diǎn)及常見(jiàn)問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況，通過(guò)合理選用材料、標(biāo)注使用年限、強(qiáng)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)氣密性的方式，高度重視壓力容器設(shè)計(jì)問(wèn)題，遵循國(guó)家規(guī)定，避免設(shè)備應(yīng)用產(chǎn)生安全事故，從而推動(dòng)工業(yè)的發(fā)展。