林向紅，黃愛軍

（1.浙江省紹興金泰容器制造有限公司；2.浙江省龍盛薄板有限公司，浙江 紹興 312369）

壓力容器設(shè)計常見問題分析及解決措施

林向紅1，黃愛軍2

（1.浙江省紹興金泰容器制造有限公司；2.浙江省龍盛薄板有限公司，浙江 紹興 312369）

壓力容器設(shè)計中時分析其設(shè)計合理性成本以及使用的安全性，非常重要。分析了壓力容器設(shè)計常見問題，提出幾點提高壓力容器使用效率的方法。

壓力容器；設(shè)計；常見問題；應(yīng)對方式

隨著壓力容器的使用量越來越大，對設(shè)計提出了更高的要求，要保證其使用的安全性，同時還要求經(jīng)濟實惠，同時滿足這兩個方面，就要進行合理的設(shè)計，采取一個有效的、科學的方法設(shè)計壓力容器。而一個符合市場需求的壓力容器，不僅僅是要具備基本功能，同時其使用安全性也是使用者提出的要求。壓力容器設(shè)計中一般包含有結(jié)構(gòu)、剛度還有強度、密封設(shè)計等設(shè)計內(nèi)容。本文就壓力容器設(shè)計常見問題進行解剖，并提出幾點相應(yīng)的處理措施。

1 壓力容器設(shè)計常見問題分析

1.1 經(jīng)濟性

考慮其安全性能，針對材料的選擇，就要考慮設(shè)備溫度承受力、設(shè)計壓力、材料之間焊接，以及各個介質(zhì)之間的特性，對于冷熱加工性能和容器結(jié)構(gòu)進行整合分析，同時，還要分析其經(jīng)濟性。壓力容器造價一般與設(shè)備材料和總體的質(zhì)量有直接聯(lián)系。而在設(shè)備總質(zhì)量中，容器殼體質(zhì)量占有很大一部分，特別是包含有較大內(nèi)容的容器，它的殼體質(zhì)量占有設(shè)備質(zhì)量的80%～90%。所以，在容器能正常使用的情況下，在利用材料方面，可以選擇一些價格比較低但同樣能滿足正常容器的使用，從而有效的降低成本。另外，還可以選用更為合理的結(jié)構(gòu)尺寸，這樣可以降低整個殼體的質(zhì)量，達到降低設(shè)備造價的目的，從而實現(xiàn)經(jīng)濟合理性。

1.2 材料 許用應(yīng)力跳檔

對壓力有比較高要求的容器，一般它的封頭是比較厚的，而封頭的形成存在減薄量。容器筒體在熱成型過程中，也會出現(xiàn)一定的減薄量。部分設(shè)計人員在進行這一環(huán)節(jié)的計算是，對封頭和筒體的減薄量沒有分析透徹，在制造過程中加入成形的減薄量，這樣就很容易增加材料厚度，直接降低材料的許用應(yīng)力，設(shè)厚度不足，因此，設(shè)計人員在設(shè)計過程就要對厚板類型的材料的許用應(yīng)力跳檔等問題進行分析。

1.3 非標法蘭設(shè)計

將《壓力容器法蘭》作為參考依據(jù)，使用的公稱壓力小于6.4MPa，而對應(yīng)的公稱值直徑小于800ml；根據(jù)《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中的提出的標準，其中于較大直徑的法蘭，公稱壓力小于16MPa，公稱直徑小于200ml。但在實際設(shè)計操作中，針對容器直徑和設(shè)計壓力，一般已經(jīng)超過了以上所說的指標，對于這一種現(xiàn)象，設(shè)計法蘭時，對其結(jié)構(gòu)的尺寸要經(jīng)過精確計算，以滿足強度方面的要求。

1.4 忽視設(shè)備使用壽命

一般對任何一個產(chǎn)品的壽命均有要求，特別是像壓力容器這樣設(shè)備（圖1），對其使用壽命有著更高的要求，壽命太短會直接增加生產(chǎn)成本，一般對容器壽命的規(guī)定內(nèi)容包括。在初步設(shè)計時，將有關(guān)單位標明好，并標注預(yù)計使用的年限，而對于使用過的器具同樣要做好標注，這一點往往很容易遭到忽視。對于設(shè)備使用年限的考慮，一般預(yù)計使用年限的做法，對使用年限做到一個把控，將對設(shè)備使用年限影響的因素考慮在內(nèi)，比如哪一種優(yōu)質(zhì)材料能有效延長壓力容器的使用壽命，比較同一材質(zhì)下，按照標準設(shè)計壓力容器底部是否會更加堅固，計算公式為：容器底部受到的壓強P=P1+P2=ρ液gh+mg/S，并且不一樣的設(shè)計方案對容器的質(zhì)量也具有一定的影響，設(shè)計者要給予足夠的重視。

2 壓力容器的設(shè)計應(yīng)對方式

面對新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展，給壓力容器的發(fā)展帶來一定的挑戰(zhàn)?？蛻籼岢龈叩募夹g(shù)要求，設(shè)計者不得不轉(zhuǎn)變之前的設(shè)計觀念，為了能最大限度滿足用戶的要求，可以通過合理的降低對應(yīng)力計算嚴格度，可增加許用應(yīng)力數(shù)值，有效提高設(shè)備的安全性，進一步的優(yōu)化其設(shè)計，并采取以下幾項措施。

圖1

2.1 材料的選擇

壓力容器對使用材料的要求比較高，要有良好的溫度承受力，要具有較好的耐受力，就需要良好的焊接功能，并做好結(jié)構(gòu)性和密封性工作，所有指標符合指標要求后，在經(jīng)濟狀況允許的條件下，對使用安全性能進行優(yōu)化。

2.2 秉持區(qū)別對待的原則

設(shè)計容器時要重視區(qū)別對待。不同的應(yīng)力呈現(xiàn)的失效表現(xiàn)是不一樣的。有時即使位于同一個應(yīng)力中，但是由于分布的有所區(qū)別，形成的失效表現(xiàn)也會有所區(qū)別。壓力容器中帶有許多負荷，像壓力容器內(nèi)部以及外部形成的壓力，容器自身的重量（圖2），還有容器和外界間的溫度差、容器內(nèi)部零件也會帶來一定的壓力，容器要承受多種負荷，而多種類型形成的負荷一般在容器上表現(xiàn)為三種力，一是初次應(yīng)力，二是二次應(yīng)力，三是峰值應(yīng)力。三種應(yīng)力有時會一起出現(xiàn)，有時候會單獨出現(xiàn)，所以，要分情況區(qū)別對待。

圖2

2.3 優(yōu)化強度屬性

當對壓力容器承受力的要求比較高，而容器的體積又很大、結(jié)構(gòu)層厚時，一般在這樣的情況下不需要采取傳統(tǒng)Q245R碳素鋼方面的材料，這樣反而會增加壁的厚度，無法達到理想的強度，可以使用低合金剛材料。如果對承受力沒有太高的要求，殼體壁厚度沒有具體要求，就可以采取一般的碳素鋼材料即可。將兩者區(qū)別的方法，就是計算壁厚厚度以8mm作為參考條件。壓力容器壁厚方面的計算公式：額定容積=額定裝載質(zhì)量(噸)/密度(噸/立方米)。同時還會涉及到有效容積的計算方式：有效容積≤額定容積×110%。

2.4 重視設(shè)計細節(jié)

在進行設(shè)計時注重細節(jié)，在進行熱處理時，主要是在冷成型、溫成型的壓力容器元件方面，設(shè)計者在開展設(shè)計時，要對設(shè)備開展的主題做到心里有數(shù)，筒體工藝編排都要進行分析，但有時。很容易忽視接管和封頭及其附件進行熱處理工藝編排同樣考慮在內(nèi)，未能將細節(jié)方面的處理好，設(shè)備設(shè)計容易出現(xiàn)短板，從而容器的壽命也并不理想，設(shè)備安全性無法得到保障，這對于后期使用帶來很大的安全隱患。因此，設(shè)計者在進行容器設(shè)計時，要重視設(shè)計中的細節(jié)處理。

3 結(jié)語

以上對壓力容器設(shè)計常見問題及應(yīng)對方法進行了分析。根據(jù)設(shè)計者的設(shè)計水平，優(yōu)秀的設(shè)計者，可對容器設(shè)備材料的選擇總結(jié)出最佳方案，并對容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計以及有關(guān)的受力情況進行分析，并做好設(shè)備護理工作，延長容器使用壽命，增加其使用安全性，使得設(shè)計更具科學。同時，還有一個需要注意的問題，使用計算機設(shè)計方式和預(yù)計數(shù)據(jù)結(jié)果不作為參考，不能根據(jù)實際環(huán)境變化做出相對應(yīng)的調(diào)整，這對于壓力容器使用時間還有使用者都會帶來一定的影響。所以，設(shè)計者要根據(jù)設(shè)計有關(guān)原則設(shè)計要容器，設(shè)計過程中，將所有的因素考慮在內(nèi)，提高容器質(zhì)量，保證其正常運行，從而有效的提高生產(chǎn)效率。

[1]王雅麗.關(guān)于壓力容器設(shè)計中常見問題及設(shè)計優(yōu)化的探討[J].科技與企業(yè)，2013,5(22):369.

[2]李英鋒.低溫壓力容器設(shè)計常見問題分析[J].化工管理，2013,6(20):110.

[3]孟雅薇，葛志強.關(guān)于低溫壓力容器設(shè)計的若干問題的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012,6(32):114.

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