王庭秀（杭州余杭獐山鋼瓶有限公司，浙江 杭州311107）

現(xiàn)階段，多數(shù)工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營期間都大量應(yīng)用壓力容器，尤其是化工、煉油企業(yè)。壓力容器的可靠性和安全性會(huì)直接影響化工企業(yè)的生產(chǎn)安全，甚至影響企業(yè)的經(jīng)營。對于壓力容器來說，設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定是最基本、最重要的設(shè)計(jì)問題。按照容器的設(shè)計(jì)規(guī)范與要求，必須合理選擇設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力是容器頂部的最高壓力，比工作壓力值略高。在進(jìn)行容器設(shè)計(jì)壓力確定時(shí)，應(yīng)當(dāng)先明確工作壓力以及安全系數(shù)問題。所以在初期規(guī)劃和設(shè)計(jì)過程中，就必須確保壓力容器的安全性和可靠性，在后期建造與安裝過程中，也需要注重合理性和規(guī)范性，全面維護(hù)化工企業(yè)壓力容器設(shè)計(jì)的實(shí)效性。

1 壓力容器的設(shè)計(jì)概述

壓力容器在使用規(guī)則設(shè)計(jì)方法時(shí)，抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)在2.7左右；壓力容器在使用分析設(shè)計(jì)方法時(shí)，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)會(huì)降低到2.4～2.6。近年來由于材料技術(shù)和質(zhì)量的提升，各國通過降低規(guī)范安全系數(shù)來提升材料許用應(yīng)力，明顯減少了原材料消耗量，使得壓力容器的成本大幅降低。通過分析設(shè)計(jì)方法的使用，能夠確保壓力容器設(shè)計(jì)的輕量化。按照我國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的相關(guān)規(guī)定能夠看出，合理調(diào)整焊接方法、無損檢測以及材料復(fù)驗(yàn)，進(jìn)行科學(xué)分類并輔以風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)，在對安全系數(shù)進(jìn)行調(diào)整之后，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排效果。設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，必須遵循節(jié)能降耗要求，確保滿足使用要求的同時(shí)對結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行簡化。在滿足穩(wěn)定性要求下，優(yōu)先使用小尺寸結(jié)構(gòu)的元件。滿足制造質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)不斷減少檢測環(huán)節(jié)的高要求以及制造難度。所以必須合理討論壓力容器的設(shè)計(jì)問題。

2 壓力容器設(shè)計(jì)的不安全因素問題

2.1 容器使用年限因素

現(xiàn)階段，在設(shè)計(jì)和制造壓力容器時(shí)，普遍比較關(guān)注使用年限問題，這樣能減少由于壓力容器超過設(shè)計(jì)使用年限服役所致安全隱患問題，降低安全事故發(fā)生率。通過壓力容器規(guī)范中的規(guī)定能夠看出，在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須保證容器的使用壽命。然而以前某些設(shè)計(jì)人員沒有足夠重視壓力容器的使用年限問題，從而導(dǎo)致某些壓力容器使用單位明知其存在使用年限問題，也不注重檢修和維護(hù)。認(rèn)為壓力容器只要還可以繼續(xù)使用，就不顧超出設(shè)計(jì)使用年限的風(fēng)險(xiǎn)。盡管這種方式能夠增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，但多為短期效益，違反行業(yè)規(guī)范要求，使用安全性無法得到保障，一旦壓力容器出現(xiàn)安全事故后果不堪設(shè)想。

2.2 材料選用因素

在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，選擇材料必須結(jié)合壓力容器的使用年限、強(qiáng)度性能以及結(jié)構(gòu)功能。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，會(huì)受到用戶需求、外觀大小及具體使用環(huán)境的影響。多數(shù)壓力容器都運(yùn)行于高壓力和復(fù)雜溫度環(huán)境中。所以在選擇材料時(shí)必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行，充分考慮壓力容器的耐腐蝕性能和內(nèi)外部受力情況。

2.3 壓力容器熱處理問題

多數(shù)設(shè)計(jì)人員比較注重壓力容器的封頭和殼體的熱處理，沒有注重彎管的熱處理問題。按照鋼板熱處理的相關(guān)文件能夠看出，在一般情況下，必須對鋼板冷成型且變形量超標(biāo)的受壓元件進(jìn)行熱處理。當(dāng)壓力容器盛裝有較強(qiáng)腐蝕性或毒性液體時(shí)，鋼材厚度在成型之后會(huì)減少，并且會(huì)形成不均勻的殘余應(yīng)力，為了確保安全性，相關(guān)規(guī)范要求對于變形率超標(biāo)的設(shè)備必須通過熱處理工藝確保材料恢復(fù)原有性能，對容器殼體與封頭進(jìn)行熱處理。設(shè)計(jì)人員一般會(huì)特別注意該問題。但是在彎管設(shè)計(jì)期間，很多人卻容易忽視熱處理問題，從而導(dǎo)致材料出現(xiàn)變形超標(biāo)導(dǎo)致的性能指標(biāo)不合格問題，不滿足相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 壓力容器制造變形問題

因?yàn)闀?huì)受到多道工序影響，所以如果某些工序控制不當(dāng)壓力容器就會(huì)大概率出現(xiàn)超標(biāo)變形。壓力容器罐體冷加工與焊接，會(huì)引發(fā)壓力容器變形。焊接施工期間所產(chǎn)生的高溫，會(huì)導(dǎo)致罐體焊接變形。使用壓力容器期間若操作不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增加、裂紋產(chǎn)生甚至容器變形的問題。在制造壓力容器期間，由于加工誤差大，制造工藝不規(guī)范等，也會(huì)導(dǎo)致壓力容器裝配變形。比如封頭部件會(huì)在高溫情況下出現(xiàn)嚴(yán)重變形收縮就是其中一個(gè)例子。

2.5 壓力容器焊接問題

在制造壓力容器期間，也必須關(guān)注到焊接作業(yè)工藝。多數(shù)壓力容器質(zhì)量問題都會(huì)表現(xiàn)在焊接制造環(huán)節(jié)，壓力容器焊縫錯(cuò)邊、未焊透、未熔合、裂紋、咬邊等都是嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。因此，當(dāng)焊接工藝設(shè)計(jì)不理想時(shí)，就可能會(huì)降低容器的強(qiáng)度，導(dǎo)致容器承壓能力不足，質(zhì)量和安全性無法保證。

3 壓力容器設(shè)計(jì)的有效措施

3.1 使用年限設(shè)計(jì)

在進(jìn)行壓力容器使用年限確定時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮到壓力容器制造材料以及使用環(huán)境等，對壓力容器材料的耐腐蝕性能進(jìn)行測算，以此降低安全事故發(fā)生率。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)對壓力容器的使用年限進(jìn)行模擬，考慮操作不當(dāng)?shù)纫蛩?，在設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)示出重要的注意事項(xiàng)。

3.2 合理選擇設(shè)計(jì)材料

在壓力容器設(shè)計(jì)過程中，材料屬于重點(diǎn)和核心。必須采用合理的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足容器的材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際要求。在選用和變更材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合容器的使用環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)要求，確定科學(xué)的材料選用和代用方案，這樣能夠確保壓力容器設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。

3.3 壓力容器的熱處理

個(gè)別壓力容器設(shè)計(jì)單位為了降低使用成本，可能會(huì)在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮到熱處理問題。例如某些鋁合金板和碳素鋼板在成形期間，若沒有接受熱處理，將會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，對板材的沖擊韌性造成影響，使其無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 控制容器焊接變形

在焊接操作過程中，壓力容器可能出現(xiàn)變形問題，應(yīng)當(dāng)按照容器具體情況對焊接工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。在容器焊接時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行整體定位組裝，之后再進(jìn)行焊接。為了確保焊接受力的均勻性，應(yīng)當(dāng)合理安排焊接順序。壓力容器組合焊接時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注重焊接收縮量的數(shù)值問題。為了避免焊接部位出現(xiàn)變形，可以考慮使用反向預(yù)變形的焊接工藝，這樣有助于減少焊接變形問題。針對由于內(nèi)應(yīng)力所致容器變形問題，需要采用焊接后進(jìn)行熱處理的工藝。焊接內(nèi)應(yīng)力多出現(xiàn)于大溫度梯度情況下，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求考慮是否提前預(yù)熱容器的焊接區(qū)域到適當(dāng)?shù)臏囟?，避免焊接殘余?yīng)力及變形過大的問題產(chǎn)生。針對由于設(shè)計(jì)誤差所致變形問題，必須詳細(xì)檢查模具和樣板是否按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠降低由于容器形位誤差所致變形問題。在降低形位誤差期間，應(yīng)當(dāng)深入分析熱脹冷縮問題，避免誤差過大，設(shè)計(jì)合適的預(yù)先收縮量并滿足制造要求。

4 結(jié)語

綜上所述，由于眾多行業(yè)領(lǐng)域都在使用壓力容器，尤其表現(xiàn)在化工、煉油領(lǐng)域，然而由于壓力容器及其使用存在一定的危險(xiǎn)性，若控制不當(dāng)會(huì)直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)營。所以在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，必須深入分析和研究各設(shè)計(jì)因素，并充分考慮壓力容器的操作使用中的風(fēng)險(xiǎn)評估，確保其設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，這樣有助于為使用壓力容器的企業(yè)保駕護(hù)航，在較大程度上維護(hù)企業(yè)良好的生產(chǎn)運(yùn)營。