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        壓力容器設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中降低應(yīng)力集中的措施

        2020-01-14 13:04:16劉科明
        化工設(shè)計(jì)通訊 2020年6期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)象工藝

        沈 愚,劉科明

        (1.青島軟控云蟻重工有限公司,山東青島 266317;2.山東凱泰科技股份有限公司,山東青島 266000)

        隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,石油能源在現(xiàn)代生活中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。在石油行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中,壓力容器的應(yīng)用一直受到人們的重點(diǎn)關(guān)注。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)對(duì)壓力容器的應(yīng)用發(fā)展十分重視,并逐步建立了比較成熟的壓力容器設(shè)計(jì)制造體系,為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了必要的基礎(chǔ)。

        隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,我國(guó)現(xiàn)有的壓力容器設(shè)計(jì)制造體系逐漸暴露出自身的問題和不足。在壓力容器制造的過(guò)程中,應(yīng)力集中問題一直是限制其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的重要因素。為了推動(dòng)壓力容器的未來(lái)發(fā)展,在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上,推動(dòng)應(yīng)力集中解決方法的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

        本文擬通過(guò)分析壓力容器設(shè)計(jì)制造的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)其制造過(guò)程中的應(yīng)力集中問題提出相應(yīng)的解決方法。

        1 壓力容器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展現(xiàn)狀

        在現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中,壓力容器的設(shè)計(jì)與制造越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為了推動(dòng)壓力容器的設(shè)計(jì)發(fā)展,本文通過(guò)分析壓力容器的應(yīng)用特點(diǎn),對(duì)其設(shè)計(jì)制造發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。

        1.1 壓力容器的應(yīng)用特點(diǎn)

        壓力容器目前被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中,并在其中發(fā)揮出了重要的作用。在實(shí)際應(yīng)用中,壓力容器能夠承受比較大的壓力,從而為各類危險(xiǎn)品提供一個(gè)安全的存放環(huán)境。我國(guó)作為工業(yè)大國(guó)之一,石油行業(yè)的發(fā)展一直是我國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)。壓力容器憑借著自身的特點(diǎn),在其中發(fā)揮的作用越來(lái)越關(guān)鍵。

        根據(jù)我國(guó)壓力容器的應(yīng)用現(xiàn)狀,本文對(duì)壓力容器的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié):

        首先,壓力容器有極高的安全性需求。在實(shí)際應(yīng)用壓力容器的過(guò)程中,需要壓力容器儲(chǔ)藏大量的高度危害性物質(zhì),例如易燃易爆氣體等。如果壓力容器的安全性不足,很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)展,進(jìn)而影響到壓力容器的廣泛應(yīng)用。

        其次,壓力容器對(duì)專業(yè)性的要求很高。壓力容器一般被用于存儲(chǔ)特殊物質(zhì),其中大量的物質(zhì)具有腐蝕性等特點(diǎn)。不同的儲(chǔ)存物質(zhì)對(duì)壓力容器的性能特點(diǎn)要求各不相同。因此,壓力容器的專業(yè)性要求很高。

        此外,壓力容器需要多種不同的結(jié)構(gòu)。為了充分滿足不同物質(zhì)的存儲(chǔ)需求,壓力容器需要設(shè)計(jì)出多種不同的結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下對(duì)不同物質(zhì)的良好存儲(chǔ),因此提高了壓力容器的設(shè)計(jì)難度。

        1.2 壓力容器的設(shè)計(jì)制造發(fā)展現(xiàn)狀分析

        為了滿足壓力容器的未來(lái)發(fā)展和應(yīng)用,壓力容器的設(shè)計(jì)制造一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)研究課題。我國(guó)對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)制造的發(fā)展也一直十分重視,并逐步建立了比較成熟的壓力容器設(shè)計(jì)制造體系。

        目前,壓力容器制造工藝已經(jīng)比較成熟?,F(xiàn)有的壓力容器制造工藝主要包括原材料驗(yàn)收、切割、焊接、無(wú)損檢測(cè)、后期處理等。經(jīng)過(guò)一系列的工藝處理,才能夠保證制造出的壓力容器能夠充分滿足人們的需求。

        在壓力容器制造的過(guò)程中,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到人們的重點(diǎn)關(guān)注。壓力容器的結(jié)構(gòu)決定了其工作性能特點(diǎn)與能夠承受的壓力。如果壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng),很容易發(fā)生制造質(zhì)量不達(dá)標(biāo),無(wú)法滿足壓力容器安全使用的需求等。

        2 壓力容器制造過(guò)程中的應(yīng)力集中

        壓力容器的設(shè)計(jì)制造對(duì)其應(yīng)用有著重要的影響。由于現(xiàn)代技術(shù)等方面的限制,現(xiàn)有的壓力容器在制造的過(guò)程中存在著應(yīng)力集中的問題。本文通過(guò)分析相關(guān)資料,對(duì)壓力容器制造的應(yīng)力集中問題進(jìn)行了研究,并對(duì)其中的影響因素進(jìn)行了探討。

        2.1 壓力容器制造過(guò)程中的應(yīng)力集中問題分析

        應(yīng)力集中是一種常見的彈性力學(xué)問題,也是影響脆性材料實(shí)際應(yīng)用的主要問題之一。在物體應(yīng)用的過(guò)程中,如果物體存在形狀急劇變化的地方,例如缺口、孔洞等,則很容易發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生此類現(xiàn)象時(shí),物體很容易產(chǎn)生疲勞裂紋等。在部分極端情況下,甚至?xí)霈F(xiàn)物體發(fā)生靜載斷裂的情況,從而直接影響到物體的使用。因此,需要盡可能避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

        在壓力容器制造的過(guò)程中,也容易出現(xiàn)此類問題。壓力容器的制造需要進(jìn)行大量的切割、焊接等工作。如果工序處理不當(dāng),就會(huì)在壓力容器上留下形狀急劇變化的地方,從而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

        2.2 壓力容器制造應(yīng)力集中問題的影響因素分析

        為了解決壓力容器制造中的應(yīng)力集中問題,本文通過(guò)分析相關(guān)資料,對(duì)其影響因素進(jìn)行了總結(jié):

        (1)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷。壓力容器在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,需要對(duì)其封頭等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),以保證壓力容器的密封性等。由于部分設(shè)計(jì)方案的不合理,采用的平蓋封頭等設(shè)計(jì)方案很容易出現(xiàn)缺口等,從而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

        (2)壓力容器的制造工藝不完善。由于特殊情況下的應(yīng)用需求,部分壓力容器需要制造棱角結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)如果處理不完善,很容易導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。而目前廣泛采用的工藝處理手段無(wú)法充分滿足壓力容器棱角的制造,也是重要的影響因素之一。

        3 壓力容器制造降低應(yīng)力集中的方法

        為了推動(dòng)壓力容器設(shè)計(jì)制造的發(fā)展,本文通過(guò)分析多方資料,結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn),對(duì)壓力容器制造過(guò)程中降低應(yīng)力集中的方法進(jìn)行了研究,并對(duì)其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與制造工藝改進(jìn)方法進(jìn)行了探討。

        3.1 壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

        壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是降低應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)的最主要的方法。根據(jù)應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生的特點(diǎn),在進(jìn)行壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的實(shí)際應(yīng)用需求,選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。一般情況下,壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先采用回轉(zhuǎn)殼體和成型封頭。此類結(jié)構(gòu)一般采用一體化制造方法,不容易出現(xiàn)缺口等漏洞,從而減少了發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象的問題。

        在部分情況下,壓力容器需要進(jìn)行多件結(jié)構(gòu)的連接。為了避免在連接的過(guò)程中發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象,應(yīng)當(dāng)盡可能減少不同結(jié)構(gòu)之間的剛度差。根據(jù)剛度差的影響因素分析,需要注意的主要包括結(jié)構(gòu)的材料選用、曲率半徑、厚度等。在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)盡可能采用同一種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)制造,并盡可能保證連接部分的曲率半徑等等保持一致。

        3.2 壓力容器制造工藝的改進(jìn)方法分析

        除了對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化之外,還需要對(duì)其制造工藝進(jìn)行必要的改進(jìn),以降低壓力集中現(xiàn)象的發(fā)生。

        目前,焊接仍然是壓力容器制造中不可或缺的一環(huán),也是保證壓力容器制造質(zhì)量的重要因素。在焊接的過(guò)程中,如果不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)余高等因素的控制,很容易導(dǎo)致壓力容器的結(jié)構(gòu)不合理,進(jìn)而發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。因此,在進(jìn)行壓力容器焊接的時(shí)候,需要根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)手段,嚴(yán)格控制余高等。在完成焊接工作后,需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)壓力容器的焊縫等進(jìn)行打磨。同時(shí),為了保證壓力容器的使用質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)盡可能避免采用點(diǎn)焊等焊接方式進(jìn)行壓力容器的制造。

        4 結(jié)語(yǔ)

        壓力容器的設(shè)計(jì)制造對(duì)其應(yīng)用有著重要的影響。為了推動(dòng)壓力容器的應(yīng)用發(fā)展,本文通過(guò)分析壓力容器的設(shè)計(jì)制造現(xiàn)狀,對(duì)其中的應(yīng)力集中問題進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,本文結(jié)合壓力容器制造中應(yīng)力集中問題的影響因素,對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與制造工藝改進(jìn)方法進(jìn)行了探討。這些研究對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用有很好的幫助。

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