王瑞

【摘要】壓力容器在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中要嚴(yán)格按照國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)上注明了壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)范和要求，對以后使用壓力容器的效果有很大的影響。壓力容器的設(shè)計(jì)也會(huì)影響到制造和檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的難度大小和制造生產(chǎn)的費(fèi)用多少，以及壓力容器在實(shí)際操作中運(yùn)行的可靠程度。本文主要從壓力容器的設(shè)計(jì)要求入手，通過研究壓力容器的設(shè)計(jì)方式，來具體分析壓力容器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題和對制造檢驗(yàn)的影響。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；設(shè)計(jì)；制造檢驗(yàn)

引言

壓力容器是由金屬以及非金屬組成的，通常盛裝的物質(zhì)大多為液體或者是氣體的一種承載壓力的密閉容器。壓力容器在內(nèi)外部形成壓力差，這種壓力差是壓力容器最重要的特點(diǎn)，也是很容易導(dǎo)致安全事故的潛在條件，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格保證符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，防止由于設(shè)計(jì)過程的不合理而形象到壓力容器的制造和檢驗(yàn)以及實(shí)際的使用。

1壓力容器的設(shè)計(jì)要求

壓力容器主要應(yīng)用于石油化學(xué)的生產(chǎn)過程中，這對壓力容器的要求是非常高的，設(shè)備要保證能夠在高溫和高壓下穩(wěn)定工作，要保證在不同的介質(zhì)條件下不被腐蝕，滿足較為嚴(yán)苛的工作條件和材料適應(yīng)性以及高強(qiáng)度的工作強(qiáng)度等。

1.1設(shè)計(jì)要安全可靠

在對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮壓力容器的工藝承擔(dān)壓力和溫度的范圍，保證滿足工藝的需求的規(guī)格。同時(shí)在實(shí)際的化工生產(chǎn)中化工產(chǎn)品往往帶有一定程度的腐蝕性，有的甚至含有毒性，這就要求壓力容器具備一定的抗腐蝕能力，容器的厚度和容積都是要進(jìn)行考慮的條件，要考慮到壓力積累會(huì)產(chǎn)生爆炸這一因素，防止壓力容器受到破壞引起火災(zāi)或者是爆炸的現(xiàn)象。

1.2設(shè)計(jì)要為使用和維修提供便利

我們要盡可能得保證設(shè)備有一個(gè)較為合理的使用年限，紡織設(shè)備過早地超出使用壽命。所以設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮化工原料的腐蝕對設(shè)備使用壽命的影響，防止由于過度的腐蝕而導(dǎo)致設(shè)備過早地報(bào)廢。同時(shí)也要考慮到在制造和檢驗(yàn)以及使用和維修的便利性。比如說設(shè)備的頂蓋在設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)能夠快拆的密封結(jié)構(gòu)，盡量避免使用鏈條進(jìn)行螺旋連接，這也能降低制造和檢驗(yàn)的難度。

1.3設(shè)計(jì)要保證盡量減少成本

設(shè)計(jì)壓力容器是還要考慮產(chǎn)品的成本問題，要盡量減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本和制造檢驗(yàn)的成本。同時(shí)結(jié)合設(shè)備的安全性我們盡量保證設(shè)計(jì)的設(shè)備是結(jié)構(gòu)簡單的，已與制造和檢驗(yàn)的，能夠及時(shí)進(jìn)行缺陷檢查和修補(bǔ)的壓力容器。

2壓力容器的設(shè)計(jì)方法

壓力容器的設(shè)計(jì)方式有兩種，分別是常規(guī)設(shè)計(jì)方式和分析設(shè)計(jì)方式。

2.1常規(guī)設(shè)計(jì)方式

我們所使用的常規(guī)設(shè)計(jì)是按照彈性失效準(zhǔn)則來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，準(zhǔn)則的原理是所有的壓力容器都有一定的屈服極限，當(dāng)容器達(dá)到這一最大應(yīng)力點(diǎn)時(shí)就會(huì)變成塑性狀態(tài)，失去本身的彈性。通過應(yīng)力分析法我們在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)要排除局部應(yīng)力、交變載荷、邊緣應(yīng)力和熱應(yīng)力對設(shè)計(jì)的影響，根據(jù)板殼薄膜理論結(jié)合材料力學(xué)及進(jìn)行最大承受強(qiáng)度的簡化計(jì)算，不考慮等，我們的計(jì)算中將各種應(yīng)力使用相同的許用應(yīng)力值最為計(jì)算基礎(chǔ)；，同時(shí)使用較高的安全系數(shù)來保證我們設(shè)計(jì)的安全性，也為應(yīng)力分析做了一定的補(bǔ)充。

2.2分析設(shè)計(jì)

分析設(shè)計(jì)相比于常規(guī)設(shè)計(jì)來說，更加的嚴(yán)密和科學(xué)，有一定的專業(yè)性。分析設(shè)計(jì)產(chǎn)生的主要背景是現(xiàn)代社會(huì)對壓力容器參數(shù)的要求增高，在設(shè)計(jì)中引入高強(qiáng)鋼和使用彈性失效的簡單計(jì)算遇到的難度較大，同時(shí)常規(guī)設(shè)計(jì)不能保證壓力容器的高強(qiáng)度要求和也不能保證壓力容器的較大承載能力。在現(xiàn)代壓力容器的使用和發(fā)展過程中，我們開始用新的設(shè)計(jì)理念和失效觀點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的分析。分析設(shè)計(jì)不再使用彈性失效準(zhǔn)則，通過適應(yīng)更加高端的彈塑性甚至是塑性失效準(zhǔn)則，不在過于注重進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，可以在一定的程度上保證結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)提高許用應(yīng)力值。我國有一套較為嚴(yán)格的分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是JB4732這里面詳細(xì)的闡明了鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)規(guī)范，強(qiáng)調(diào)以最大剪應(yīng)力理論作為實(shí)際的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這也就是說不論我們使用的材料應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到什么程度，最大剪應(yīng)力是指在材料屈服時(shí)的相對應(yīng)力值，只要達(dá)到這個(gè)應(yīng)力值材料相應(yīng)的就會(huì)進(jìn)行屈服和損壞。我們經(jīng)常使用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則還有很多失效準(zhǔn)則，不僅僅包括彈性及塑性失效準(zhǔn)則，還有可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等。

3壓力容器的設(shè)計(jì)對制造檢驗(yàn)的影響

我們以壓力容器的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，經(jīng)過熱處理的鋼板經(jīng)過冷成型作用的受壓元件如果符合一定的條件就要在之后進(jìn)行熱處理恢復(fù)材料性能。要求的標(biāo)準(zhǔn)是：在成形前厚度大于16毫米的碳鋼或者是低合金鋼，這些壓力容器很多的設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)備筒體準(zhǔn)備成形的過程中沒有考慮到這點(diǎn)，從而使得他們設(shè)計(jì)的碳鋼沒有滿足GB150.4211中的要求，使得低合金鋼和碳素鋼鋼板的焊接接頭厚度實(shí)際進(jìn)行焊后熱處理的32毫米厚度，同時(shí)如果厚度再16毫米和30毫米之間的鋼板同時(shí)不能滿足筒體成形熱處理和焊后熱處理要求。所以設(shè)計(jì)者再設(shè)計(jì)碳素鋼和低合金鋼鋼板的成形熱處理是要注意滿足國標(biāo)的要求。

在檢測時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在非低溫容器的長度及比例的局部檢測時(shí)，很多設(shè)計(jì)容器不能按照設(shè)計(jì)圖樣的要求，比如說檢測長度要大于焊接接頭的五分之一同時(shí)在250毫米以上的要求。我們要保證墊板焊縫滿足國標(biāo)153.3的要求，減少接管的現(xiàn)象發(fā)，同時(shí)開孔中心之間的最短長度要滿足等于開孔直徑焊接接頭的全檢測；同時(shí)設(shè)計(jì)者要保證在進(jìn)行焊縫設(shè)計(jì)時(shí)避免焊縫覆蓋，這就是說要做到開孔和焊縫保持一定的安全距離。