陳軍田

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化建設(shè)不斷深入，壓力容器已廣泛的運(yùn)用于各領(lǐng)域中。壓力容器的有效運(yùn)行與其設(shè)計(jì)質(zhì)量有重要的關(guān)系。本文針對(duì)在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中如何提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免發(fā)生重大損失，提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)計(jì) 問題研究質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、壓力容器設(shè)計(jì)

在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、溫度、介質(zhì)特性等一系列參數(shù)合理選擇材料、進(jìn)行有效的受力分析和計(jì)算、確定容器的壁厚和直徑等。所以，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，選擇參數(shù)要合理，計(jì)算要準(zhǔn)確，做到設(shè)計(jì)的流程標(biāo)準(zhǔn)化和精準(zhǔn)化。

分析設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，對(duì)于參數(shù)的有效分析，是容器質(zhì)量保障的關(guān)鍵。通過合理的數(shù)據(jù)分析，保障設(shè)計(jì)所用的材質(zhì)符合設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，通過合理的參數(shù)分析，可以把握好各項(xiàng)容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免了設(shè)計(jì)參數(shù)不達(dá)標(biāo)的問題出現(xiàn)。對(duì)于容器的受力情況的精準(zhǔn)計(jì)算是容器設(shè)計(jì)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵保障。壓力容器應(yīng)具有良好的受力結(jié)構(gòu)，以保障其工作安全的運(yùn)行。在容器壁上的各個(gè)口徑、支座等部件的設(shè)計(jì)時(shí)，要保證其罐體的均勻性，注意其罐體的局部受力情況。

二、壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽視的問題

在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，有些重要的問題容易被忽視，從而造成容器質(zhì)量上存在諸多的安全隱患，影響設(shè)備的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使得設(shè)備在實(shí)際的使用運(yùn)行中出現(xiàn)非常嚴(yán)重的安全問題。

（一）材料的問題

在壓力容器的使用過程中，對(duì)壓力容器的承受力有著嚴(yán)格的要求。壓力容器的材料用鋼需要根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，對(duì)鋼材的諸多的紋理性質(zhì)進(jìn)行有效的加工改造。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為了讓壓力容器能夠承受較高的壓力，會(huì)相應(yīng)的增加所用鋼板的厚度，來提高其抗壓能力。但在設(shè)計(jì)過程中，如果一味的追求壓力容器的抗壓能力，也是不對(duì)的?；び娩摬牡倪x用除考慮設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)特性、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結(jié)構(gòu)外，還需要考慮其經(jīng)濟(jì)合理性。盲目地提高鋼板厚度是錯(cuò)誤的。

1.當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大而使設(shè)備殼體壁厚較大時(shí)，如殼體材料仍選用碳素鋼（如Q235）將導(dǎo)致壁厚增大、質(zhì)量增加，不僅多用金屬材料，而且會(huì)導(dǎo)致制造、運(yùn)輸、安裝、土建基礎(chǔ)等的費(fèi)用提高，因而提高了總的工程造價(jià)。—般在以強(qiáng)度控制為主的情況下，當(dāng)殼體壁厚超過8mm時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用低合金鋼。當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較小、直徑較大、以剛度控制或以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主時(shí)，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。

2.HG/T20581—2011鋼制化工容器材料選用規(guī)i蟄中第5.1.2條“同時(shí)符合下列條件的高溫壓力容器主要受壓元件用鋼應(yīng)按爐罐號(hào)，復(fù)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度值，其值不得低于相應(yīng)許用應(yīng)力值的1.6倍（奧氏體鋼為15倍）。包括：設(shè)計(jì)溫度大于300℃；設(shè)計(jì)壓力大于1.6MPa；鋼材厚度大于等于20mm：鋼材主要截面以承受一次薄膜應(yīng)力為主，且其厚度取決于強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果。

（二）法蘭問題

我國(guó)在法蘭設(shè)計(jì)上制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)各種法蘭都有非常具體的嚴(yán)格要求。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，由于設(shè)計(jì)者疏于對(duì)法蘭的使用，不能嚴(yán)格的按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行法蘭的有效選擇，從而導(dǎo)致法蘭選擇不合理，比如在使用過程中，法蘭變形、泄漏等，嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命。而且從壓力容器的受力情況來看，不同類型的法蘭，其受力的側(cè)重點(diǎn)是不一樣的。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)該準(zhǔn)確的選擇法蘭的類型。在選擇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)壓力容器的介質(zhì)特性、溫度、壓力來選取相應(yīng)的法蘭材料、壓力等級(jí)及法蘭型式等。材料的選取要在整個(gè)容器選材時(shí)統(tǒng)一考慮，尤其在進(jìn)行壓力等級(jí)選取時(shí)，一定要按照標(biāo)準(zhǔn)法蘭的最高工作壓力，注意相應(yīng)的適用范圍和附加要求。

（三）分氣缸的設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行分氣缸設(shè)計(jì)時(shí)，容易忽視分氣缸的出氣口和進(jìn)氣口之間的有效距離。在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)根據(jù)具體的工藝參數(shù)，確定兩者之間的距離是十分重要的。另外合理控制好分氣缸的開口和環(huán)焊縫之間的距離也是十分重要的。應(yīng)避免在焊縫處開孔，并保證兩者之間有一定的距離，以減小局部應(yīng)力的影響，進(jìn)而保障分氣缸的正常工作。對(duì)于分氣缸的支架鋪設(shè)，不能隨意確定支架的位置，要根據(jù)設(shè)計(jì)需求，合理設(shè)置，盡量加強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。

（四）儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問題

對(duì)于儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)，對(duì)其罐體的材質(zhì)有著很高的要求，要選擇合理的鋼材來滿足其抗壓的需求。切忌過于追求壓力容器的抗壓能力，而忽視了材質(zhì)的選擇。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中，要充分的考慮儲(chǔ)氣罐的罐體長(zhǎng)度和直徑之間的關(guān)系，盡量把兩者之間的比值控制在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)，不能過于的追求罐體的直徑。

三、解決壓力容器問題的措施

1.材料的選擇。在材料選擇方面，除需要考慮材料的耐蝕性及足夠的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)合理性，通過選材合理，來降低材料厚度，減少生產(chǎn)成本。另外，良好的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可以很好的避免抗壓力不足或泄露帶來的事故。

2.法蘭的選擇。基于法蘭的規(guī)格具有嚴(yán)格的規(guī)范性，因而在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意不同結(jié)構(gòu)部位的法蘭選擇，因?yàn)椴煌?guī)格的法蘭，其受力的情況存在較大的差異。在選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭時(shí)，除根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力、溫度及介質(zhì)特性進(jìn)行選擇外，還應(yīng)考慮法蘭的最大允許工作壓力，避免因未考慮法蘭的最大允許工作壓力而導(dǎo)致法蘭選擇等級(jí)過低，影響設(shè)備的安全使用。在選用《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)備法蘭時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：第一，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）3.2對(duì)法蘭的腐蝕裕量有最大腐蝕裕量的要求，即“本標(biāo)準(zhǔn)中乙型法蘭的適用腐蝕裕量為不大于2mm，當(dāng)腐蝕裕量超過2mm但不大于3mm時(shí)，應(yīng)加厚短接厚度2mm。長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭的適用腐蝕裕量不大于3mm?！痹谠O(shè)計(jì)過程中，當(dāng)壓力容器腐蝕裕量超過上述適用的腐蝕裕量數(shù)值時(shí)，往往因?yàn)闆]有注意到這一條而直接選用了標(biāo)準(zhǔn)法蘭。第二，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.5.2規(guī)定：與長(zhǎng)頸法蘭相連接的圓筒厚度應(yīng)不小于JB/T4703中規(guī)定的對(duì)接筒體最小厚度δ0，且筒節(jié)長(zhǎng)度不小于（DNδ0）1/2。當(dāng)對(duì)接圓筒厚度小于最小對(duì)接圓筒厚度時(shí)，應(yīng)按JB 4703中表3要求調(diào)整法蘭總高度H（其他尺寸不變），并連同法蘭厚度在標(biāo)記中標(biāo)明。JB/T 4703中給出了最小對(duì)接圓筒厚度，當(dāng)長(zhǎng)頸法蘭與小于該最小厚度的筒節(jié)對(duì)接時(shí)，通過計(jì)算與較薄筒節(jié)對(duì)接時(shí)長(zhǎng)頸法蘭需要加長(zhǎng)直邊段長(zhǎng)度以增加法蘭的強(qiáng)度，來滿足與較薄筒節(jié)對(duì)接要求。第三，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.6.1.2規(guī)定：對(duì)長(zhǎng)頸法蘭，當(dāng)工作壓力大于或等于0.8倍本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大允許工作壓力時(shí)，法蘭與圓筒的對(duì)接焊縫必須進(jìn)行100％的射線或超聲檢測(cè)，檢測(cè)方法按JB/T 4730進(jìn)行，射線檢測(cè)Ⅱ級(jí)合格，超聲檢測(cè)I合格。

3.對(duì)于分氣缸中的問題，主要需要加強(qiáng)出氣口和進(jìn)氣口之間的距離控制，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要基于其用途進(jìn)行合理的計(jì)算，這樣才能精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)其兩者的距離。

4.在對(duì)于儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)中，要特別注意儲(chǔ)氣罐的材質(zhì)選擇和尺寸設(shè)計(jì)。尤其對(duì)于儲(chǔ)氣罐的罐體直徑和長(zhǎng)度之間的比值，需要合理的控制在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中需要合理的考慮罐體的實(shí)際使用性能。

四、結(jié)語

綜上所述，我們可以清晰的知道在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)，有諸多的關(guān)鍵技術(shù)不能被忽視掉，諸如材料、法蘭等問題。而且通過上述的系統(tǒng)論述，可以有效地防止一些不該出現(xiàn)的錯(cuò)誤發(fā)生，規(guī)范壓力容器的設(shè)計(jì)，提高科技人員的設(shè)計(jì)水平。