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        壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及防范策略

        2017-10-13 08:30:27李國(guó)軍東華工程科技股份有限公司安徽合肥230000
        化工管理 2017年28期
        關(guān)鍵詞:工業(yè)生產(chǎn)使用壽命法蘭

        李國(guó)軍(東華工程科技股份有限公司,安徽 合肥 230000)

        壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及防范策略

        李國(guó)軍(東華工程科技股份有限公司,安徽 合肥 230000)

        對(duì)于壓力容器來(lái)講,設(shè)計(jì)水平的高低,在很大程度上決定了其使用的可靠性和安全性,就當(dāng)前壓力容器實(shí)際設(shè)計(jì)情況來(lái)看,其中存在較多的問(wèn)題有待解決,不利于其基本功能和應(yīng)用價(jià)值的有效發(fā)揮,存在較高的危險(xiǎn)性。為提高壓力容器設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量,就需要針對(duì)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題采取必要的防范措施。

        壓力容器;設(shè)計(jì)問(wèn)題;防范策略

        壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中一種不可或缺的重要設(shè)備,主要功能是在一定壓力條件下,存儲(chǔ)液體或者氣體,壓力容器質(zhì)量及性能的良好性,會(huì)直接影響了工業(yè)生產(chǎn)的順利、安全進(jìn)行,所以,必須從設(shè)計(jì)階段入手,加強(qiáng)對(duì)壓力容器質(zhì)量和性能的控制。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中所用到的壓力容器類型多種多樣,不同種類壓力容器的特性也存在明顯差異,對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求也是不一樣的。目前,設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理現(xiàn)象尤為嚴(yán)重,對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及防范策略進(jìn)行研究分析,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        1 壓力容器設(shè)計(jì)原則

        為確保壓力容器質(zhì)量達(dá)標(biāo),滿足用戶要求,在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。第一,滿足工藝要求。壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛,所面臨的工作環(huán)境和工作條件多種多樣,這就需要結(jié)合實(shí)際使用要求,從壓力、溫度、生產(chǎn)工藝等幾方面進(jìn)行綜合考慮,以滿足不同工藝要求。第二,確保靈活實(shí)用性。為方便壓力容器檢查與維護(hù),應(yīng)在保證壓力容器使用安全,以及基本功能有效發(fā)揮的前提下,盡可能的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),降低維護(hù)維修難度,節(jié)約設(shè)計(jì)制作成本。第三,保證使用安全。壓力容器是在特定壓力條件下使用的,具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性,如果因設(shè)計(jì)不合理造成故障問(wèn)題,很容易引發(fā)安全事故,所以,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)著重考慮壓力容器的安全性能,提高其使用安全系數(shù),延長(zhǎng)其使用壽命。這些都是壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中,所要遵循的基本原則。

        2 壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

        2.1材料選擇問(wèn)題

        材料是影響壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量及使用性能的最主要因素,材料選擇是否合理,決定了壓力容器設(shè)計(jì)成功與否,在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,經(jīng)常因材料選擇不當(dāng),造成壓力容器強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)性能等各項(xiàng)特性,達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)使用標(biāo)準(zhǔn),其使用壽命較短。比如,所選材料強(qiáng)度和質(zhì)地較差,不滿足壓力容器設(shè)計(jì)要求及使用要求,在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障問(wèn)題的概率較高。另外,當(dāng)材料厚度較薄或者較厚時(shí),會(huì)對(duì)壓力容器的強(qiáng)度造成一定的影響,并且其結(jié)構(gòu)性能也會(huì)發(fā)生變化。除此之外,如果在選擇壓力容器材料的時(shí)候,沒(méi)有從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行性分析,則可能會(huì)造成設(shè)計(jì)制造成本較高,一旦出現(xiàn)問(wèn)題,很容易造成壓力容器無(wú)法進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)制造。

        2.2 使用壽命問(wèn)題

        現(xiàn)階段壓力容器使用壽命設(shè)計(jì)方面,也暴露出了一些問(wèn)題有待改善。首先,設(shè)計(jì)人員缺乏對(duì)壓力容器使用壽命問(wèn)題的足夠重視,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,沒(méi)有對(duì)其作出明確、具體的規(guī)定,無(wú)法為壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供可靠依據(jù),存在較大的隨意性,導(dǎo)致壓力容器制造質(zhì)量參差不齊,實(shí)際投入使用的時(shí)間也長(zhǎng)短不一。其次,雖然在一些壓力容器設(shè)計(jì)工作中,對(duì)其具體使用壽命做出了規(guī)定,但是壽命長(zhǎng)短都是由設(shè)計(jì)人員結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)而定的,所給出的壽命數(shù)值科學(xué)性較低。

        2.3 法蘭設(shè)計(jì)問(wèn)題

        在當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)工作中,法蘭設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所存在的問(wèn)題是比較突出和明顯的,尤其是尺寸和強(qiáng)度方面,經(jīng)常出現(xiàn)不滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求現(xiàn)象,降低了壓力容器設(shè)計(jì)的安全系數(shù),在使用過(guò)程中存在較大的安全隱患。造成這種問(wèn)題的根本原因,是在進(jìn)行法蘭設(shè)計(jì)時(shí),出現(xiàn)較大計(jì)算誤差,導(dǎo)致法蘭設(shè)計(jì)匹配度角度,其尺寸和強(qiáng)度都不合理。

        2.4 熱處理問(wèn)題

        在壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中,熱處理環(huán)節(jié)的問(wèn)題也是比較常見(jiàn)的,無(wú)法保證壓力容器使用的安全性和可靠性,不利于工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行。一方面,在對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理時(shí),沒(méi)有嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)流程和規(guī)范操作進(jìn)行,處理不當(dāng)或者操作失誤現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,導(dǎo)致壓力容器設(shè)計(jì)缺陷的出現(xiàn),影響了其制造質(zhì)量和使用性能的良好性。另一方面,壓力容器熱處理不夠完整,現(xiàn)階段在對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理時(shí),側(cè)重點(diǎn)一般都放在了封頭和殼體方面,而忽視了接管處的熱處理,整體熱處理效果不夠理想。

        3 壓力容器設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的防范策略

        3.1 科學(xué)選用容器材料

        在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí),第一點(diǎn)便是要選擇最為合適的材料,以提升材料應(yīng)用價(jià)值。首先,應(yīng)全面了解不同類型材料的特點(diǎn)及屬性,包括材料強(qiáng)度、韌性、受力特性、耐腐蝕性等,對(duì)其使用性能進(jìn)行評(píng)估和比較,結(jié)合壓力容器設(shè)計(jì)及使用要求,從性能較好的材料中做出選擇。其次,還需要根據(jù)壓力容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及強(qiáng)度要求,從材料厚度方面進(jìn)行考慮,既要避免因厚度不足造成強(qiáng)度較弱問(wèn)題,又要杜絕因厚度較厚造成壓力容器重量過(guò)大問(wèn)題。另外,應(yīng)選用價(jià)格比較便宜的材料,以市場(chǎng)上常用材料為主,降低壓力容器設(shè)計(jì)制造成本,確保能夠順利完成批量生產(chǎn)。

        3.2 確保使用壽命達(dá)標(biāo)

        確保壓力容器使用壽命達(dá)標(biāo),是對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題,具體實(shí)現(xiàn)方式包括以下幾點(diǎn)。第一,設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高對(duì)壓力容器使用壽命問(wèn)題的重視力度,明確及具體壽命數(shù)值,在生產(chǎn)制造時(shí)應(yīng)以此作為標(biāo)準(zhǔn),保證壓力容器質(zhì)量及性能的良好性,另外,壓力容器的維護(hù)與更新也需要參照該壽命數(shù)值進(jìn)行。第二,在確定壓力容器具體使命壽命年限時(shí),設(shè)計(jì)人員除了結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)之外,還需要從壓力容器使用環(huán)境、材料性能等幾方面進(jìn)行考慮,并使用電腦軟件對(duì)其實(shí)際使用情況進(jìn)行模擬,保證設(shè)定使命年限的合理性。第三,把操作不當(dāng)?shù)纫蛩乜紤]在內(nèi),并在圖紙相應(yīng)位置予以警示。

        3.3 準(zhǔn)確計(jì)算法蘭數(shù)值

        法蘭設(shè)計(jì)是壓力容器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其設(shè)計(jì)效果會(huì)直接影響到整體設(shè)計(jì)質(zhì)量,加強(qiáng)對(duì)法蘭設(shè)計(jì)的控制,對(duì)提高壓力容器設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量意義重大。國(guó)際上較為通行的壓力容器法蘭設(shè)計(jì)方法為Waters法。法蘭的應(yīng)力由3部分組成:法蘭力矩產(chǎn)生的應(yīng)力;由壓力直接作用于法蘭本體(包括法蘭環(huán)、錐頸和直邊段三部分)上引起的軸向和環(huán)向應(yīng)力(法蘭環(huán)上可忽略);由組成法蘭的三個(gè)部分間由于壓力作用下變形協(xié)調(diào)引起的邊界力產(chǎn)生的應(yīng)力。在實(shí)際操作過(guò)程中,應(yīng)對(duì)壓力容器法蘭設(shè)計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算,從法蘭結(jié)構(gòu)連接方式、受力特性、所用材料性能等幾方面進(jìn)行綜合考慮,根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)及使用要求,得到較為精準(zhǔn)的法蘭設(shè)計(jì)參數(shù),包括法蘭設(shè)計(jì)尺寸、強(qiáng)度、厚度等,確保法蘭設(shè)計(jì)的科學(xué)性及合理性,以提高壓力容器設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

        3.4 規(guī)范熱處理設(shè)計(jì)

        保證熱處理的規(guī)范性和完整性,是壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中必須做好的一項(xiàng)任務(wù)。一方面,在對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理時(shí),應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)流程和操作方式,在設(shè)計(jì)圖紙中清楚、詳細(xì)的標(biāo)注出來(lái),并嚴(yán)格圖紙標(biāo)注內(nèi)容進(jìn)行,提高熱處理的規(guī)范化和程序化程度,實(shí)現(xiàn)更加理想的熱處理效果。另一方面,要從整體性方面對(duì)壓力容器熱處理進(jìn)行考慮,特別是做好換熱管固有頻率的計(jì)算,照Macduff-Feglar法計(jì)算換熱管固有頻率在計(jì)算振動(dòng)時(shí),Macdaff.Felgar的方法被廣泛應(yīng)用,即TEMA第6版的RGP—RC一4.562所推薦的公式,它的表達(dá)式為:

        式中:fn為管子固有頻率;Cn為頻率常數(shù)、下標(biāo)n為振型的階數(shù);

        J為截面的慣性矩;g為重力加速度。

        此外,還應(yīng)該做好包括封頭、殼體、接管等各個(gè)部件的熱處理工藝,嚴(yán)格把控每一個(gè)部件的熱處理工藝,提升整體設(shè)計(jì)效果。

        4 結(jié)語(yǔ)

        做好壓力容器設(shè)計(jì)工作,是提高壓力容器制造質(zhì)量和使用性能的必要措施,必須提高重視力度,從各個(gè)方面加強(qiáng)控制,提高設(shè)計(jì)水平。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先應(yīng)明確壓力容器基本設(shè)計(jì)原則,并做到嚴(yán)格遵循,然后通過(guò)科學(xué)選用容器材料,確保使用壽命達(dá)標(biāo),準(zhǔn)確計(jì)算法蘭數(shù)值,規(guī)范熱處理設(shè)計(jì)等對(duì)策,改善并解決壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì),杜絕質(zhì)量缺陷問(wèn)題的出現(xiàn),進(jìn)而才能確保壓力容器使用的安全性及可靠性,充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值,更好的服務(wù)于、工業(yè)生產(chǎn)。

        [1]趙素峰.壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題[J].小氮肥,2012,(10)∶18-19.

        [2]束怡.壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽視的問(wèn)題研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012,(07)∶30-31.

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