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        化工壓力容器設計及不安全因素的探析

        2021-08-31 23:41:23陸維松
        科技視界 2021年22期
        關鍵詞:安全性因素設計

        陸維松

        (南通科賽爾機械有限公司,江蘇 南通226400)

        0 前言

        化工壓力容器在實際使用過程中,不僅要承受氣體、液體壓力的考驗,而且還會受到化學介質的腐蝕影響。因此針對壓力容器的設計,一般有著更高的要求,同時也面臨著更多的不安全因素。為更好地保證化工壓力容器的安全,有必要從設計方面入手,深入分析其不安全因素,并提出一些有效地解決策略,更好地保障化工壓力容器設計使用安全性。

        1 化工壓力容器設計要求

        在實際開展化工壓力容器設計的過程中,通常需要先充分了解客戶的實際需求,了解壓力容器的工作條件,并以此為依據,選擇合理的壓力容器制作材料,并確定壓力容器的結構形式。在此基礎上,還應合理分清不同需求的重要性,做好合理取舍,從而保證后續(xù)壓力容器設計能夠有效滿足化工生產實際使用要求。當下在實際開展壓力容器設計時,通常會采用兩種設計方法,第一種是常規(guī)的設計方法,主要在彈性設計準則的指導下,通過借助殼體薄膜理論,運用材料力學知識,推算出主要受壓件的壁厚,這是一種典型的經驗設計方法[1]。在實際對壓力容器結構設計的過程中,針對選材、工藝制作等進行選擇時,應加強對局部應力的控制,注重提升許用應力的安全系數,充分考慮彈性失效問題,從而更好地保障化工壓力容器設計的安全性。第二種是分析設計方法,這種設計方法以應力分析數據為重要依據,采用的工藝標準比較嚴格,在彈塑性失效準則的指導下,針對應力進行分類匯總,并逐一進行應力計算分析。針對不同應力,明確其產生與破壞形式,并以此為依據,設計不同元器件,滿足應力要求。從而有效提升化工壓力容器應力設計安全性,減少材料浪費,不斷降低材料發(fā)生塑性變形的可能性,促使壓力容器載荷得到有效控制,因此這種設計方式在化工壓力容器的設計中應用較為廣泛。

        2 化工壓力容器設計不安全因素

        2.1 壓力容器使用年限因素

        化工壓力容器在實際使用過程中,隨著使用時間的推移,容器性能會逐漸下降。因此一旦長時間使用化工壓力容器,很容易導致安全事故的發(fā)生。在實際進行化工壓力容器設計時,使用年限是一項重要的不安全因素,需要引起重視,盡可能延長化工容器安全使用年限,更好的保證壓力容器安全。除此之外,在一些企業(yè)中,除了缺乏對化工壓力容器使用年限的重視,而且也缺乏必要的維護,導致化工壓力容器性能在加速衰退,從而在沒有達到使用年限時,便已經有了“報廢的傾向”,這對容器的使用也埋下了安全隱患?;诖耍趯嶋H進行化工壓力容器設計時,還應充分考慮維護保養(yǎng)因素,不斷提升化工壓力容器的綜合性能,盡量延長化工壓力容器的使用年限。

        2.2 壓力容器材料因素

        壓力容器的材料分為母材和焊材,合理選擇材料對容器的性能有著最為直接的影響,同時還能決定壓力容器后續(xù)使用是否安全。因此容器材料的選擇也是一項非常重要的不安全設計因素。在實際進行化工壓力容器設計的過程中,針對母材選擇,通常需要考慮到多方面影響因素,比如需要根據不同化工壓力容器的工作條件以及所盛的化學介質,合理選擇容器設計材料[2],以及相應的焊材??偠灾趯嶋H設計過程中,應注重科學合理的選材,一方面,要保證壓力容器的性能指標滿足化工企業(yè)實際使用需求,另一方面,還應對容器不同部位選擇不同的材料,從而盡可能地降低材料的使用量,提高材料的利用率,讓每份材料均能充分發(fā)揮其應有的作用價值,有效減少設計制造成本。

        2.3 壓力容器熱處理因素

        針對化工壓力容器的設計,通常還需要從制造過程出發(fā),針對一些零部件結構,考慮其熱處理性能,從而更好地保障化工壓力容器的使用安全性。在當前,針對壓力容器的熱處理設計,通常都重視以下兩點內容,一是焊接接頭,二是容器自身。針對上述二者的熱處理,將會對整個化工壓力容器安全有著重要影響。此外,在實際設計時,不能僅考慮設計成本,還應注重考慮整體設計安全,一旦缺乏對化工壓力容器必要的熱處理設計,將會對壓力容器使用安全帶來不利影響?;诖?,在實際開展化工壓力容器設計時,應嚴格按照相關工藝標準,針對壓力容器的相關結構,做好熱處理設計。在這一過程中,應著重對關鍵結構件進行焊后熱處理,從而有效避免因焊接產生較大的殘余應力,影響化工壓力容器的使用安全性。

        3 化工壓力容器安全設計策略

        3.1 延長壓力容器使用年限

        從當下化工企業(yè)生產現(xiàn)狀來看,針對壓力容器的使用,很多企業(yè)依然缺乏對其使用年限的重視,經常在容器超出使用年限后,依然進行使用。面對這些情況,一方面除了加強宣傳,讓化工企業(yè)認識到超出使用年限應用化工壓力容器的危害性;另一方面,還應從化工壓力容器設計入手,充分考慮多種情況,比如化工壓力容器工作條件、使用要求等,注重設計方案針對性優(yōu)化,從而在特定的生產環(huán)境下,盡可能延長化工壓力容器的使用年限,從而更好地保障其使用安全性[3]。比如在實際進行設計時,考慮到化工企業(yè)都存在很多腐蝕性較強的液體,且對液體存儲壓力有著較高要求,因此在實際設計時,考慮留有腐蝕余量,同時注重提升壓力容器的耐腐蝕性與抗壓性,延緩容器的老化,同時在產品說明書中注重強調化工壓力容器使用維護檢查,從而盡可能地在實際生產中延長化工壓力容器的使用年限,更好的保證化工壓力容器的使用安全。

        3.2 合理采用壓力容器設計材料

        針對化工壓力容器的設計,材料既是設計基礎,同時也是維護容器安全的重要保障,一旦材料選擇不合理,那么再精巧的結構、再合理的設計均不能夠保證化工容器的安全?;诖耍趯嶋H進行化工壓力容器設計時,注重材料的科學合理選用也非常重要。在實際設計過程中,除了要考慮化工壓力容器的用途,還應考慮其使用環(huán)境等,從中進行綜合分析,選擇合理的材料,并使得材料盡可能兼顧多種要求。在此基礎上,還應準備好一套材料備用設計方案,從而在后續(xù)壓力容器生產過程中,一旦原設計材料使用出現(xiàn)了意想不到的問題,還可以有備用方案進行選擇。例如,在強腐蝕性化學介質運用上除了運用不銹鋼材料外還可采用鈦-鋼復合鋼板,與介質接觸里層選用鈦材,外層選用低合金鋼,這樣更有利于節(jié)約成本。

        3.3 科學應用熱處理工藝

        在實際開展化工壓力容器設計時,熱處理工藝也是一項需要著重考慮的因素。針對熱處理工藝設計應用,除了要對容器自身實施熱處理去除殘余應力外,還需對壓力容器一些重要的焊接接頭,同樣需要實施熱處理[4]。在這一過程中,應嚴格控制熱處理溫度,避免材料受高溫影響變性。與此同時,針對不同材料,還應注重體現(xiàn)熱處理的差異性與針對性,以免由于熱處理不當,對整個壓力容器性能造成不利影響。此外,針對化工壓力容器焊接后熱處理設計,在焊接處,有可能出現(xiàn)殘余應力,不利于整體壓力容器的安全,因此還應合理選擇壓力容器材料,并立足每個加工環(huán)節(jié),加強熱處理工藝控制,有效避免化工壓力容器變形,更好地保證其使用安全性。

        4 結語

        綜上所述,化工壓力容器設計是一項較為系統(tǒng)復雜的過程,在具體設計實踐方面,通常會受到很多不安全因素的影響?;诖耍枰岣邔@些因素的重視,并對其進行深入分析,在此基礎上,采取一些針對性應對策略,從根本上保證化工壓力容器設計的安全性。

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