曾雨清

（什邡市同佳機(jī)械有限公司，四川 德陽618400）

化工設(shè)備壓力容器（圖1）在現(xiàn)代社會(huì)化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過程中具有重要地位，其整體性能直接關(guān)系著化工生產(chǎn)的安全性、可靠性與便利性，同時(shí)也會(huì)影響化工行業(yè)的生產(chǎn)過程成本高低?；诖耍ぴO(shè)備壓力容器的整體性能至關(guān)重要，建議技術(shù)人員從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)入手，把握設(shè)計(jì)路徑，開展規(guī)范設(shè)計(jì)，以此提高壓力容器的密閉性、運(yùn)行能力，獲得更高性能的壓力容器，提高化工生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，為我國化工行業(yè)的良性發(fā)展做出一份貢獻(xiàn)。

圖1 壓力容器

1 壓力容器的規(guī)范設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 材料的選擇與設(shè)計(jì)

化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，壓力容器接觸到的化工產(chǎn)品一般具有較強(qiáng)的腐蝕性、易燃易爆性及毒性，若處理不當(dāng)則容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸甚至毒氣泄漏，造成人員傷亡。因此，我國政府針對化工設(shè)備壓力容器的設(shè)計(jì)提出明確標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，為化工設(shè)備壓力容器的質(zhì)量提供保證。在規(guī)范設(shè)計(jì)的過程中，建議技術(shù)人員結(jié)合具體的國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，靈活選擇合適的設(shè)備材料，以此保證壓力容器的整體質(zhì)量與性能。一般情況下，不同材料在性能、防腐蝕方面略有不同，這些材料的使用會(huì)對壓力容器質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

技術(shù)人員要充分了解每一種材料的不同性能與屬性，把握其利用價(jià)值，對比不同材料的性能，以此促使壓力容器各部分的設(shè)計(jì)符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[1]。金屬材料是較為常見的壓力容器材料，比如：鋼材料、有色金屬等；隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，有機(jī)材料逐漸代替了金屬材料，在使用不同材料的過程中，技術(shù)人員要結(jié)合具體的用途與設(shè)備結(jié)構(gòu)，明確對材料性能的目標(biāo)需求，以此嚴(yán)格選擇材料，比如：針對金屬材料中高強(qiáng)度、高性能、不耐腐蝕、容易發(fā)生形變的特點(diǎn)，將其運(yùn)用到合適的部位，充分發(fā)揮金屬材料的性能優(yōu)勢，揚(yáng)長避短。

1.2 容器結(jié)構(gòu)的規(guī)范設(shè)計(jì)

從化工設(shè)備壓力容器結(jié)構(gòu)（圖2）的角度進(jìn)行分析，在現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)過程中，一些技術(shù)人員采用的設(shè)計(jì)方法較為單一，沒有結(jié)合不同的容器結(jié)構(gòu)及部分進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，促使壓力容器的整體性能較弱，容易發(fā)生故障，不利于維護(hù)化工生產(chǎn)過程穩(wěn)定?；诖耍ㄗh技術(shù)人員結(jié)合化工設(shè)備壓力容器的實(shí)際使用與發(fā)展需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中分別考慮所選用材料的溫度條件、抗壓條件、材料屬性、抗腐蝕條件、強(qiáng)度條件等，考慮生產(chǎn)成本，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，為了進(jìn)一步提升壓力容器的利用率，可以考慮壓力容器的結(jié)構(gòu)連接方式，選擇快拆式的密閉結(jié)構(gòu)，在一定程度上減少主螺栓的使用頻率，簡化壓力容器的維修拆卸流程[2]。

圖2 化工設(shè)備壓力容器結(jié)構(gòu)

2 壓力容器規(guī)范設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

第一，儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)。儲(chǔ)氣罐是化工設(shè)備壓力容器中的關(guān)鍵零構(gòu)件之一，這一部分的設(shè)計(jì)對于材料的選擇具有較高的要求，建議技術(shù)人員選擇具有較高強(qiáng)度的鋼材，以此滿足儲(chǔ)氣罐的抗壓許可要求。但是，在設(shè)計(jì)的過程中，切忌一味的考慮抗壓能力，而是要結(jié)合抗壓需求與材質(zhì)需求，考慮儲(chǔ)氣罐的長度與直徑之間的關(guān)系，控制二者之間的比例，保證比例參數(shù)能夠符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也不能夠過于追求儲(chǔ)氣罐的直徑參數(shù)。此外，還需要充分考慮儲(chǔ)氣罐的實(shí)際使用需求，比如：作為常溫儲(chǔ)存設(shè)備的儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)，技術(shù)人員就要結(jié)合其使用需求與具體溫度參數(shù)，考慮周邊環(huán)境對于溫度的影響，以此調(diào)整參數(shù)細(xì)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

第二，開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)。技術(shù)人員可以分別從利用補(bǔ)強(qiáng)圈、整體補(bǔ)強(qiáng)的方式展開設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)的目標(biāo)。技術(shù)人員可以結(jié)合壓力容器的開孔直徑選擇合適內(nèi)外徑的補(bǔ)強(qiáng)圈，通過適當(dāng)增加補(bǔ)強(qiáng)圈厚度的方式促使補(bǔ)強(qiáng)金屬接近容器上的開孔位置。整體補(bǔ)強(qiáng)的開孔方式結(jié)合開孔補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，結(jié)合具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，增加殼體厚度，或用全截面焊透的結(jié)構(gòu)型式將厚壁接管或整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體相焊。因此，技術(shù)人員需要根據(jù)不同的壓力容器結(jié)構(gòu)及具體參數(shù)情況，結(jié)合特定的比例設(shè)計(jì)，從而規(guī)避工藝局限性[3]。

第三，管法蘭壓力等級設(shè)計(jì)。在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員要把握管法蘭的壓力等級設(shè)計(jì)，此時(shí)需要分別考慮溫度額定值、耐壓試驗(yàn)壓力的影響。一方面，技術(shù)人員要結(jié)合不同的溫度環(huán)境，測試管法蘭在不同溫度下的最大工作壓力值，尤其是溫度參數(shù)較高時(shí)，要把握管法蘭壓力等級的臨界點(diǎn)，以此掌握壓力容器的整體工作能力；若忽視對溫度額定值的關(guān)注，則會(huì)造成管法蘭的壓力等級無法滿足化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行需求，留下安全隱患，在后期使用的過程中造成后果嚴(yán)重的作業(yè)事故。另一方面，技術(shù)人員，要開展設(shè)備水壓試驗(yàn)，測試管法蘭的耐壓程度，提出明確水壓標(biāo)準(zhǔn)；在測試的過程中，要控制設(shè)備水壓壓力值不高于管法蘭常溫工作環(huán)境下最高工作壓力值的1.5 倍。

第四，分汽缸的設(shè)計(jì)。在這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員要特別關(guān)注壓力容器中分氣缸的出汽口與進(jìn)汽口之間的距離，通過控制距離參數(shù)，保證分氣缸部分性能穩(wěn)定。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員要結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體工藝參數(shù)，提出明確的出汽口與進(jìn)汽口的距離；還要嚴(yán)格控制環(huán)焊縫與分汽缸開口之間的距離參數(shù)，盡可能的避免在焊縫周邊的位置開孔，以此降低局部應(yīng)力影響程度，提高分氣缸的運(yùn)行能力，保證分氣缸能夠正常運(yùn)行[4]。

第五，氣密性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。氣密性是化工設(shè)備壓力容器的重要性能之一，若壓力容器的氣密性不足，存在泄漏的情況，則會(huì)影響化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行能力，不利于維護(hù)化工行業(yè)生產(chǎn)安全。建議技術(shù)人員結(jié)合“新容規(guī)釋義”中的具體內(nèi)容與要求，開展氣密性實(shí)驗(yàn)，并且在實(shí)驗(yàn)的過程中保證安全附件裝配完整，且控制超壓泄放裝置壓力始終在“最高允許工作壓力”的范圍之內(nèi)，最終計(jì)算壓力、強(qiáng)度，選擇合適的材料材質(zhì)、規(guī)格及結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)規(guī)范性設(shè)計(jì)。

3 化工設(shè)備壓力容器設(shè)計(jì)的未來發(fā)展前景

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，化工設(shè)備壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范化發(fā)展具有良好的前景，這主要是由于科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，壓力容器設(shè)計(jì)可選擇的材料范圍愈發(fā)廣泛。在選擇材料時(shí)，技術(shù)人員可以選擇納米材料，這是一種較為新穎的微觀材料，這一材料具有耐熱度較強(qiáng)、韌性較高、質(zhì)地輕薄、強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，在未來的壓力容器設(shè)計(jì)與制作的過程中具有良好的應(yīng)用前景，能夠起到不可替代的作用。此外，據(jù)有關(guān)研究表明，我國正在研究一種綜合性能遠(yuǎn)高于納米材料的，具有較強(qiáng)耐磨性、裂痕修復(fù)性的人工智能材料，且在不久的將來就能夠運(yùn)用到壓力容器的設(shè)計(jì)與制作中；在這一實(shí)驗(yàn)及設(shè)想中，能夠利用這種材料的熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光熱及光電的轉(zhuǎn)換，對我國化工設(shè)備壓力容器的制作與發(fā)展具有重要意義[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，化工行業(yè)得以發(fā)展，壓力容器作為化工生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，其設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以此保證壓力容器的整體性能，提高化工生產(chǎn)過程的可靠性與穩(wěn)定性。在化工設(shè)備壓力容器規(guī)范設(shè)計(jì)的過程中，建議技術(shù)人員分別從材料與結(jié)構(gòu)入手，提高壓力容器的運(yùn)行能力，保證壓力容器的質(zhì)量；之后，要關(guān)注壓力容器的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，分別考慮儲(chǔ)氣罐、開孔補(bǔ)強(qiáng)、管法蘭、分汽缸、氣密性試驗(yàn)等不同環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，全面提升壓力容器的整體性能，促進(jìn)壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)范化發(fā)展。