高嘉楠（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司輔機容器設計開發(fā)處,哈爾濱 150046）

關于化工壓力容器設計相關問題的分析

高嘉楠
（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司輔機容器設計開發(fā)處,哈爾濱 150046）

在當前我國經(jīng)濟快速發(fā)展過程中，化工事業(yè)取得了較快的發(fā)展，在化工企業(yè)生產(chǎn)，化工壓力容器應用較為廣泛，已成為化工企業(yè)發(fā)展的重要設備?；毫θ萜饔捎谄涔ぷ鳝h(huán)境具有特殊性，再加之壓力容器自身的特點，在應用過程中存在較大的安全問題，給人民群眾的生命財產(chǎn)帶來較大的威脅。因此為了確?；毫θ萜鞯陌踩院涂尚行?，則需要加快對壓力容器設計方式的改進，從而更好的促進我國化工事業(yè)的健康發(fā)展。

化工企業(yè)；壓力容器；設計；選材；設計方法

由于化學和石油生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)過程具有復雜性，壓力容器作為化工企業(yè)主要生產(chǎn)設備，一旦在生產(chǎn)過程中發(fā)生事故，不僅會對產(chǎn)品的品質(zhì)帶來較大的影響，而且還會危及人身安全。所以在壓力容器設計時不僅需要確保壓力容器的結構和規(guī)格要滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，而且還要確保內(nèi)部結構要具有較好的合理性。同時在壓力容器設計時還盡量在做到對結構進行優(yōu)化，確保制造成本和維修費用的降低，確保壓力容器制造費用的最小化。同時還要便于維修、操作、安裝、檢驗及制造。壓力容器還要確保其運行時是具有較強的穩(wěn)定性和安全性，避免壓力容器儲存物料過程中內(nèi)部能量過大而導致爆炸事故的發(fā)生。由于化工企業(yè)物料通常都具有較強的毒性和腐蝕性，所以在設計時需要對容器壁厚進行考慮，在厚度設計時需要充分的考慮容器的工作環(huán)境和業(yè)主要求，確保化工壓力容器能夠達到預期的使用壽命。

1　壓力容器設計時選材原則及依據(jù)

壓力容器設計選材是一項非常重要的內(nèi)容，在具體材料選擇時需要嚴格依照相應的設計要求和標準進行，在設計過程中還要遵循相應的選材原則和依據(jù)，確保設計水平的提升。

（1）在對壓力容器選材時，由于相同的工程設計下使用的材料具有統(tǒng)一性，所以在選擇時需要考慮材料的來源、價格、性能、耐腐蝕性、力學特性及容器的應用條件等。

（2）在壓力容器的鋼材料選擇時，特別是對于作為承壓元件的鋼材料要確保其具有較好的焊接性能，成型性、高韌性及較大塑性儲備。

（3）壓力容器在設計時需要遵循的原則。1）在壓力容器設計時，如果設計的是普通碳素鋼壓力容器，確保板厚度在8mm以上時則可以選擇普通的低合金鋼；2）設備的設計需要以強度作為主導時，則選擇鋼材料型號時則需要與介質(zhì)特點、設計溫度和設計壓力等應用限制充分的結合，同時在壓力容器相關的要求下選擇適宜的鋼材型號；3）在壓力容器設計時，如果是以結構與鋼度作為主導，則受壓殼體選擇普通的碳素鋼即可；4）對于設計的容器在運行過程中需要承受超過500℃的高溫或是有鐵離子污染、強腐蝕性時，則需要選擇不銹鋼作為壓力容器的主材；5）當壓力容器設計溫度為250℃以上時，宜選擇高壓高溫抗氫用鋼，而當設計溫度在350～550℃之間時，選擇鉻錮低合金鋼具有較好的適宜性。

2　化工壓力容器的設計方法

壓力容器作為一種特殊的裝置，其與人們的實際生產(chǎn)生活息息相關，這就對壓力容器的設計提出了較高的要求。在壓力容器設計過程中，需要選擇適宜的壓力容器設計方法，不僅需要滿足壓力容器常規(guī)設計要求，同時可能會依據(jù)應力分析設計要求。要求設計者要根據(jù)實際的情況，依據(jù)自身豐富的經(jīng)驗，從而選擇適宜的設計方法。

目前在壓力容器設計過程中較為常用的設計方法即是常規(guī)的方法，這種設計方法不僅較為簡單，而且易于實施，在設計過程中依據(jù)自身的經(jīng)驗，同時依據(jù)彈性失效準則作為其理論基礎。這里所說的彈性失效準則即是化工壓力容器某個最大應力點到達屈服極限時會進入到塑性狀態(tài)，從而使其失去了純彈性狀態(tài)。在化工壓力容器設計過程中，需要以應力分析方法作為基礎，通過簡單計算板殼薄膜和材料力學理論，在計算過程中，只針對一次性施加的靜力載荷處理，不兼顧熱應力、局部應力和邊緣應力，同時也不對交變載荷下的容器疲勞壽命等情況。但在設計過程中，為了確保化工壓力容器具有較強的安全性，往往所采用的安全系數(shù)較高，在設計過程中任何種類的應力都實施相同的應力值，從而有效的彌補了應力分析的缺陷。

壓力容器還具有溫差應力和局部應力，特別是在局部應力下，當材料達到屈服極限時，容器的較大范圍還處于彈性狀態(tài)下，這就導致已屈服的局部范圍會受到周圍彈性區(qū)域的制約，有效的對其變形量進行控制，有效的避免了壓力容器失效情況的發(fā)生。這種情況下，應用常規(guī)設計方法很難實現(xiàn)，但在當前計算機技術快速發(fā)展的新形勢下，部分軟件的功能得以增強，所以分析設計這類壓力容器的設計方法應運而生。在分析設計方法下，其是以彈塑性失效準則、塑性失效準則為該方法的理論基礎，通過對彈性應力進行分析，從而計算壓力容器的應力，并依此來對壓力容器的應力進行控制和分類。盡管分析設計方法較為復雜，而且所花費的時間也較多，但有效的確保了壓力容器安全性的提升。特別是在當前壓力容器參數(shù)不斷增高的新形勢下，高強鋼的應用、現(xiàn)代化試驗和計算技術的采用，有效的解決了壓力容器設計中存在的一些問題。在分析設計方法下，壓力容器局部塑性范圍得以有效的控制，對計算應力的要求有所降低，有效的確保了壓力容器結構的安全性。

在當前壓力容器設計時，需要對最大剪應力理論進行充分的考慮。在最大剪應力理論中，其指明不管材料處于怎樣的應力情況下，只要最大剪應力能夠?qū)崿F(xiàn)材料屈服最大剪應力值，則材料就會存在屈服破壞。所以在分析設計方法需要對壓力容器應力進行分類，從而明確其安全系數(shù)，確保產(chǎn)品的經(jīng)濟性和安全性。

3　結束語

在化工壓力容器設計時，設計計算、選材都需要嚴格遵循設計的標準進行，同時設計人員還要通過對比，采取最為理想的設計方案，確保設計出來的壓力容器能夠滿足穩(wěn)定性及安全性的要求，同時在滿足壓力容器相關規(guī)范和標準要求的前提下，盡可能的降低費用，確保設計的經(jīng)濟性，從而更好的促進化工行業(yè)的健康、有序發(fā)展。

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