秦磊

摘?要：壓力容器是化學(xué)、石油、軍工和科研等行業(yè)中的重要設(shè)備之一，壓力容器在運(yùn)行前，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、?檢驗(yàn)?、?安裝?、?制造?、監(jiān)督運(yùn)行和維護(hù)等若干個環(huán)節(jié)，壓力容器設(shè)計(jì)作為所有環(huán)節(jié)之首，是壓力容器的研究和發(fā)展進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)的正確性、合理性不僅關(guān)系到隨后各個環(huán)節(jié)運(yùn)行的難易程度，更是會對之后實(shí)際產(chǎn)品的制造成本和產(chǎn)品可靠性產(chǎn)生較大影響。壓力容器作為工業(yè)中的重要角色，在設(shè)計(jì)時必須重視設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)，保證壓力容器的安全性和可靠性。本文通過對壓力容器設(shè)計(jì)方法和要求的分析，探討了壓力容器設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計(jì);相關(guān)問題;對策

引言

壓力容器的使用隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模和領(lǐng)域范圍的擴(kuò)大越來越廣泛。但在壓力容器的運(yùn)行上仍存在由于技術(shù)原因而導(dǎo)致的設(shè)計(jì)不完善等問題，這對壓力容器的正常使用和工業(yè)安全都會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，必須加強(qiáng)對壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)問題的分析和總結(jié)，在生產(chǎn)中嚴(yán)格遵循“安全第一，?預(yù)防為主”的原則，結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，切實(shí)保障壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高壓力容器的可靠性。

1.壓力容器的設(shè)計(jì)

1.1壓力容器設(shè)計(jì)方法

一般將壓力容器設(shè)計(jì)分為常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)兩種。常規(guī)設(shè)計(jì)以彈性失效準(zhǔn)則為理論基礎(chǔ)，基于應(yīng)力分析方法上，不再考慮局部應(yīng)力、邊緣應(yīng)力及熱應(yīng)力等方面，也不會考慮交變載荷引起的疲勞問題，僅以板殼薄膜理論和材料力學(xué)結(jié)合簡化計(jì)算作為依據(jù)，采用較高的安全系數(shù)來保證安全性。分析設(shè)計(jì)在一定程度上很好的突破了常規(guī)設(shè)計(jì)中過于保守的局面，用新的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來解決相關(guān)問題，適應(yīng)現(xiàn)代壓力容器發(fā)展需求，壓力容器設(shè)計(jì)時的失效原則，包括彈性失效準(zhǔn)則、塑性失效準(zhǔn)則、可靠性設(shè)計(jì)、斷裂失效和爆破失效等。

1.2壓力容器設(shè)計(jì)要求

在石油、化工、軍工、科研生產(chǎn)中，其生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，如果設(shè)備生產(chǎn)工藝不過關(guān)，很有可能導(dǎo)致設(shè)備事故，使生產(chǎn)無法順利進(jìn)行，甚至?xí){到工作人員的人身安全。一般在石油化工等行業(yè)對壓力容器的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求：①壓力容器設(shè)計(jì)必須滿足目的產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)格要求，保證完成工藝生產(chǎn)。②壓力容器設(shè)計(jì)要考慮到其運(yùn)行環(huán)境中的不安全因素，保證壓力容器運(yùn)行的安全可靠。③結(jié)合壓力容器的運(yùn)行環(huán)境，合理預(yù)定壓力容器的使用壽命。④在保證安全性的基礎(chǔ)上，盡可能為制造、?檢驗(yàn)、交裝、操作和維修提供方便，降低壓力容器制造成本。⑤壓力容器設(shè)計(jì)要遵循結(jié)構(gòu)簡單、?制造方便、重量輕、節(jié)約貴重材料等原則，實(shí)現(xiàn)壓力容器設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

2.壓力容器設(shè)計(jì)中需注意的問題

2.1?材料的選用問題

材料的選用會對壓力容器的強(qiáng)度、整體性能、使用年限等特性有著直接影響，因此材料的選擇是壓力容器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，要首先考慮用戶的使用需求，如容器大小、顏色等其它要求。其次，要考慮到壓力容器的運(yùn)行環(huán)境（高溫高壓環(huán)境）對容器材料性質(zhì)的影響。最后，設(shè)計(jì)者要完成對材料的力學(xué)性能、?耐腐蝕性能、?加工性能、材料來源及經(jīng)濟(jì)性綜合分析評價，來確定材料的適用與否。在設(shè)計(jì)過程中，若需要對以選用材料進(jìn)行加工時，要對加工后的材料基本情況進(jìn)行重新分析，提高壓力容器運(yùn)行安全性和可靠性。

2.2熱處理問題

對于符合熱處理?xiàng)l件的容器要在其成型后對其采取熱處理，從而恢復(fù)材料的性能。如鋼板受冷成形受壓元件、低合金鋼及碳鋼、盛裝高毒性、高危害介質(zhì)的容器、在成形前不少于?16?毫米厚度或減薄量不少于10%的碳鋼或低合金鋼的容器、有應(yīng)力腐蝕介質(zhì)的容器等。但是大部分設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時對壓力容器的?封頭、殼體的熱處理的重視度較高，而忽視了接管設(shè)計(jì)的熱處理問題，這同樣是導(dǎo)致壓力容器設(shè)計(jì)不合理的因素。

2.3壓力容器的使用壽命

在以往壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，壓力容器的使用壽命往往不是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員甚至不考慮設(shè)備溫度、材料等因素的影響，僅憑主觀臆測來設(shè)置壓力容器的使用壽命，這種情況很有可能會給壓力容器使用帶來不必要?的安全問題。最新的技術(shù)監(jiān)察規(guī)程要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)圖紙中，把該壓力容器的使用壽命明確的標(biāo)記出來，表明壓力容器的使用壽命問題已經(jīng)越來越受到人們關(guān)注。

3.壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)問題應(yīng)對策略

3.1提高對材料選用問題的重視

壓力容器設(shè)計(jì)時，要求設(shè)計(jì)者既要注意到壓力容器外殼材料由厚變薄的內(nèi)外部受力和耐腐蝕性分析，又要重視材料變厚時的受力情況以及管道彎折和部件連接部位的分析;確定減薄后的耐腐蝕程度、及對容器的內(nèi)外部受力情況重新分析;重視應(yīng)力變化在連接部位的套筒焊接或其他位置的焊接情況;對于材料變厚時的主體與構(gòu)件連接位置及封頭位置要進(jìn)行邊角削平處理。

3.2明確壓力容器的使用壽命

在壓力容器的使用壽命方面，主要對設(shè)計(jì)者提出了以下三點(diǎn)要求：①對容器安全使用年限應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料的腐蝕速度和內(nèi)外受力情況分析得出的最大腐蝕承受度來確定②要在圖紙中表明相應(yīng)的使用條件和安全提醒，明確容器相關(guān)參數(shù)③要考慮壓力容器外部工作環(huán)境，在最惡劣環(huán)境中模擬最佳使用年限。

3.3熱處理問題對策

設(shè)計(jì)單位對壓力容器的接管的設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)成無縫接管和碳鋼、低合金鋼卷制，后者對成型后的熱處理環(huán)節(jié)要求較為嚴(yán)格，忽視熱處理環(huán)節(jié)會對鋼材強(qiáng)度、硬度、塑性產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至出現(xiàn)裂紋。兩種設(shè)計(jì)方法都能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，但在后者的使用上要十分注意熱處理環(huán)節(jié)的實(shí)施，尤其是特別厚的鋼板，對其進(jìn)行冷加工之后，還要增加一步再結(jié)晶退火工藝，從而提高鋼板的強(qiáng)度，硬度和塑性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霄霞.關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)的幾個問題[J].技術(shù)與市場，2012，?05（35）?：?57-58.

[2]申長吉.壓力容器設(shè)計(jì)過程中常見的問題分析?[J].自?動化應(yīng)用，2011，12（29）?：?62-63.

[3]王非.化工壓力容器設(shè)計(jì)—方法、問題和要點(diǎn)（第二版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008，219.