化工壓力容器設計及不安全因素分析

楊麗霞，王春霞(山東宏達科技集團有限公司，山東 濟南 250300)

0 引言

壓力容器在多個行業(yè)當中都有著廣泛的應用，尤其是在煉油以及化學行業(yè)當中起著重要的作用。通常來說壓力容器是罐體，在設計的過程中需要考慮壓力和溫度兩個重要的影響因素。在實際的設計和制造過程中，要嚴格根據實際的生產要求來合理地設置壓力容器的壓力值，從而保證實際運行參數與設計相一致，促進壓力容器正常穩(wěn)定的運行。壓力容器的設計過程中，要綜合考慮多方面因素，并積極改進設計和制造中的不足之處，以提高整體的設計水平，保障化工生產順利、穩(wěn)定地進行。

1 化工壓力容器的分類與設計要求

1.1 基本分類

壓力容器作為化工生產當中一種常見的密閉裝置。整體來說，化工壓力容器的使用環(huán)境相對比較惡劣，需要承受高溫和高壓，這些都決定了化工壓力容器對設計和制造有著較高的質量要求。按照承壓能力通常將壓力容器劃分為低壓型、中壓型、高壓型和超高壓型；而按照其內部儲存物質的類型，可以分為無毒型、有毒型和劇毒型；按照其生產工藝，分為分離型、反應型、貯運型和熱交換型。根據實際生產情況的不同，來選擇相應類型的壓力容器。由于分類的不同，其具體的設計原理和方法也都存在著一定的差異，因此，在設計過程中要保證壓力容器的安全性，以免影響其正常使用，對化工行業(yè)生產造成不良影響。

1.2 設計要求

在化工壓力容器設計過程中，很重要的一點就是要根據實際生產工藝和用戶的需求，以及壓力容器的使用環(huán)境、工作條件等，選擇合適的制作材料。對其內部結構、盛裝物質等進行了解，綜合協(xié)調之后，再對壓力容器的設計和制作工藝進行確定，從而使其能夠滿足實際化工生產和使用的要求。在此過程中，根據實際需求和功能的重要程度來進行設計，從而保證壓力容器制作完成之后能夠滿足用戶需求。

壓力容器設計方法包括常規(guī)法和分析法兩種。一般來說，常規(guī)的設計方法主要是在一定彈性設計準則之下，推算出壓力容器與尺寸之間的關系，這是一種比較典型的設計方法。在對壓力容器的結構進行設計的過程中，要對局部應力進行控制，并注重其安全性，從而保障壓力容器設計合理。

分析設計方法是其設計過程中主要利用一定的分析方法，基于應力來對具體的數據參數等進行分析。相對來說，采用的工藝標準相對比較嚴格，在彈塑性失效準則為指導的前提之下，逐一進行應力計算與分析。分析設計方法可以節(jié)省材料，且針對性設計能夠使容器使用更加的方便安全，降低材料變形的概率，從而提高容器的載荷性能。通常來說，這樣的設計方法在現實中應用比較廣泛。

2 化工壓力容器設計的重要性

化工生產過程十分復雜，若不注重設計，則會降低設備的使用效果，甚至還可能在生產過程當中產生安全隱患。對壓力容器進行合理設計，不僅可以提升設備使用的穩(wěn)定性，使整體的生產線路性能輸出得到提升，而且能夠拓展設備的應用范圍，使其性能持續(xù)的保持先進性。還能夠保證壓力容器設備輸出數據的準確性，從而提高整體的產品質量與生產效率[1]。

3 化工壓力容器設計中的不安全因素

3.1 使用年限因素

壓力容器與其他的設備或者物品都有著相同的特點，那就是隨著使用年限的增長，其實際的性能也會逐漸發(fā)生改變。并且在運行和使用中，由于各類外部因素的影響，使得材料質量下降，而且很可能會帶來一系列的安全隱患。經過大量的研究表明，一些化工企業(yè)不重視壓力容器的使用年限問題，很多壓力容器已經超過規(guī)定使用年限，卻仍然沒有被替換或者清除。結果部分零部件或者結構出現腐蝕變形或者老化嚴重的問題，很容易導致壓力泄漏，在具體使用過程中，很可能會增加事故發(fā)生的概率。也有部分企業(yè)沒有重視壓力容器使用過程中的維護保養(yǎng)，使得壓力容器老化速度加快，使用壽命大大縮短。因此，壓力容器設計之初，就應該要采取多種措施來提高其使用周期，保證其安全性。同時，還應該將維護保養(yǎng)因素考慮在內，企業(yè)也應該在這方面增加資金投入，保障化工企業(yè)生產穩(wěn)定進行。

3.2 材料因素

在壓力容器使用過程中，材料因素的影響也是至關重要的。能否準確合理地選擇好材料，也直接關系著壓力容器的性能。某些設備或者產品的性能不佳或者使用周期過短，很大程度上是由于選擇的材料質量低劣造成的。選用不同的生產材料，也會得到不同質量的產品。在實際對壓力容器進行設計過程中，要考慮多方面的影響因素。

整體來說，壓力容器設計制造過程中，根據不同部位的性能選擇相應材質的材料，從而提高材料的利用率，降低成本。最重要的是材料的應用應該科學合理，保證最終生產的壓力容器性能能夠滿足實際生產需求。

3.3 熱處理技術因素

在大多數壓力容器的設計和制造過程中，設計人員更加注重封頭以及殼體的熱處理，對彎管的熱處理問題卻沒有足夠的重視，這樣一來則會嚴重影響到壓力容器使用的安全性。整體來說，化工壓力容器的設計應該對所有的零部件結構考慮到熱處理性能。在設計過程中，不能僅考慮成本，還應該考慮整體設計的安全性和實際性能?；毫θ萜鞯哪承┎课蝗羧鄙贌崽幚?，則會極大程度上影響壓力容器使用的安全性。因此，在實際壓力容器設計的過程中，應該根據使用材料以及具體零部件的情況來做好熱處理，從而避免材料出現變形或者壓力容器性能不合格等問題。

3.4 制作中變形問題

化工壓力容器整體的制作過程非常復雜，工序繁多。不同的步驟之間也都存在著連帶效應，若是在某一步驟上面對相應的參數等沒有控制好，就很容易會造成壓力容器整體外形的不穩(wěn)定，極有可能發(fā)生變形，比如冷加工及焊接工藝就很容易引起變形等情況。在制造期間，若由于操作技術不佳、工藝不規(guī)范，也可能會造成與設計之間的誤差，導致其具體配置變形。

3.5 焊接問題

在壓力容器的制造過程中，焊接作業(yè)及工藝也是非常重要的。大多數產品的質量問題都會出現在焊接環(huán)節(jié)，比如焊縫錯邊、未焊透等都會影響到壓力容器的最終質量，使其在使用過程中容易發(fā)生安全問題。因為焊接質量直接影響壓力容器的整體質量[2]，所以在焊接時，既要保證人員的安全，也要保證焊接質量。

4 壓力容器設計和使用中提升性能的措施

4.1 提升使用年限

不少的化工生產企業(yè)對壓力容器具體使用周期不夠重視，又或者當設備超過了使用期限以后不能及時更新設備，這會給生產安全帶來極大的威脅。因此，對此應積極地采取有效措施，從而提升壓力容器的使用年限。一方面，化工企業(yè)必須意識到超過應用期限后對產品安全所產生的危害；另一方面，從壓力容器的設計之初就考慮多種外界因素的影響，優(yōu)化設計方案采用最佳的材料，以保證能夠滿足實際使用需求，并且延長其使用年限。比如，要注重提升整體結構的耐腐蝕性，如果盛裝的一些化學溶劑腐蝕性比較強，則會使設備極易老化，而通過改善和提升其耐腐蝕性能夠增加其使用年限。除此之外，還應該對各項性能進行模擬和分析，排除不安全因素，以保證設計方案更具合理性。

4.2 提升設計人員水平

化工壓力容器設計人員的整體素質和專業(yè)水平是一項關鍵的內容。若想要提升化工容器的質量，就要保證設計人員具備一定的水平。企業(yè)通過加強培訓等，使其遵守相應的管理制度，按照具體工藝要求和生產標準進行設計。在培訓過程當中要全面兼顧各方面的知識，包括壓力容器的使用、安裝、加工工藝，以此保證整體設計的合理性。同時要求相關人員持證上崗，如果離開工作崗位6個月以上，要重新進行考核，考核通過后再上崗工作。

4.3 選擇合理設計方式

通過對比分析設計和常規(guī)設計可以看出，在分析設計過程當中，采用計算的方式來確定相關參數可以降低材料成本等支出，且有著更高的標準，在具體執(zhí)行過程中相對也比較簡單。而常規(guī)設計主要是參照最大應力進行設計，雖然擁有比較高的安全性，但是會耗費比較高的成本。因此，設計時要根據使用環(huán)境以及成本等各方面的因素，來選擇合適的設計方法，在保證壓力容器質量的前提之下，使得企業(yè)的生產成本得以控制。

4.4 選擇合理材料

化工壓力容器生產中材料是比較重要的一項影響因素。在設計過程中要選擇合適的材料，這也是保證壓力容器使用安全的重要基礎。如果材料選擇不合適，設計方法再好，也難以保證具體使用的安全性。因此，要根據壓力容器的設計標準和原則，以及具體的使用環(huán)境等各方面的要求，選擇最佳的材料來進行生產。具體來說，選材過程按照以下幾點：一是要根據其內部的結構特點、強度等要求，評估所需材料的厚度，只有保證厚度均勻，才能夠使其所承受的壓力保持穩(wěn)定；二是在選材過程當中，還應該對各類材質的強度、耐腐蝕性等基本屬性有所了解，進行評估比較之后選出最合適的材料；三是盡可能選擇一些性價比高的材料，既能夠保證生產需求，還能夠有效地控制成本[3]。

4.5 處理變形問題

針對壓力容器容易出現變形這一問題，要對焊接技術進行優(yōu)化和提升。做到焊接技術的規(guī)范應用，在實際組裝和制造之前先要進行模擬組裝。另外，在實際安裝過程中，利用十字架內支撐的方式，可以極大減少焊接變形問題的出現。最后，針對內應力因素而引起的容器變形，利用熱處理技術進行焊接。一定要認真對待變形問題，提升焊接技術，并不斷進行技術的優(yōu)化。

4.6 合理運用熱處理工藝

合理規(guī)范的使用熱處理工藝能夠提高整體的安全性和使用穩(wěn)定性。對于接口處以及殼體進行整體熱處理，另外也不要忽略彎管等位置。在此過程當中還要注意，若溫度控制不合理則會影響到材料的性能。因此，在對不同的材料進行熱處理時，也應區(qū)別對待，以免因操作不當而影響到壓力容器的整體性能下降。

5 結語

綜上所述，在化工企業(yè)生產過程當中，壓力容器的設計工作是非常重要的，對壓力容器的運行起著關鍵作用。但由于會受到多種因素的影響，因此要采取積極的措施進行改善，從而保證壓力容器設計的安全性和合理性，保障安全生產的同時，也能夠促進化工企業(yè)自身不斷發(fā)展。