曹志峰

東營市特種設備檢驗所 山東東營 257091

從壓力容器的實際應用可以看出，可帶來較好的經(jīng)濟和社會效益，因此受到了石化領域的青睞，其應用比值在石化領域中越來越重。但由于在具體應用壓力容器時，會面臨惡劣的自然環(huán)境，一旦設計過程中出現(xiàn)紕漏，可能會埋下不利隱患，從而降低其使用效率，甚至在某些情況下會形成嚴重的安全生產(chǎn)事故，因此必須重視石化領域中壓力容器的設計工作。

1 化工設備壓力容器設計的理論基礎

壓力容器其常規(guī)設計主要將最大化的主應力基本強度理論作為基礎，主要選用彈性失效的基本準則，而該理論則認為壓力容器在某一應力點一旦進入屈服的基本狀態(tài)，或是造成材料出現(xiàn)塑性流動，就會喪失其彈性的基本狀態(tài)，即為失效。常規(guī)性的設計在其應力方法分析上考慮單一的最大載荷工況，按一次施加靜載處理，不考慮交變載荷，不區(qū)分短期和永久載荷，也不涉及疲勞壽命的問題，以簡化的材料力學公式和板殼理論中的無矩理論公式為主。所有的應力采用統(tǒng)一許用應力值，為保證安全，通常選擇安全系數(shù)較高的應力值，彌補應力點分析存在的問題。隨著當前化工設備其壓力容器自身參數(shù)的不斷變化，尤其是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，使得傳統(tǒng)設計過程中存在的彈性失效基本準則已很難滿足具體設計需求，同時以往常規(guī)性的設計方式過于保守，我們針對該問題應采取新型失效觀點進行處理。其分析設計以最大剪應力理論為基礎，采用以彈性應力分析和塑性失效準則為基礎的設計方法，在分析設計中考慮各種載荷條件可能的組合，打破以往應力計算工作的局限性，從而促進應力值的不斷提升，還要確保壓力容器自身穩(wěn)定性和安全性。此外，在對壓力容器進行設計時，還應利用多種基本準則，將失效準則作為基礎，從而增加彈性失效和彈塑性失效，以及爆破失效準則等，保證化工設備壓力容器工程設計工作的準確性和安全性[1]。

2 壓力容器設計使用過程中存在的不安全因素

2.1 使用壽命過長

隨著壓力容器的使用時間的不斷延長，其性能會出現(xiàn)一定程度的衰減，相關材料的質(zhì)量也會出現(xiàn)下降。在生產(chǎn)過程中，壓力容器的使用壽命過長，會導致其出現(xiàn)一系列的安全問題。相關專家學者研究表明，大量的化工企業(yè)對壓力容器使用壽命都不夠重視。在生產(chǎn)過程中，存在著大量的超壽命運行的的壓力容器。一部分壓力容器的相關部件老化極為嚴重，其在生產(chǎn)過程中存在著大量的安全隱患?；谏鲜鲈?，整個設計工作中要提高整個設備的使用壽命，保障壓力容器的安全性。

2.2 材料選擇不合理

材料選擇和應用對壓力容器的總體設計質(zhì)量具有關鍵性的影響。在選擇材料的過程中，要結合實際情況合理選擇，要充分考慮其安全因素的影響，包括應用情況、結構特征等，既能夠保障壓力容器設計質(zhì)量符合標準要求，也能夠提升其安全性能和使用效果，為化工企業(yè)生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟效益的提升大有助益。在對材料進行選擇時，還要注重符合相關規(guī)定的要求標準，對材料質(zhì)量進行嚴格的檢查和把關控制，防止在應用過程中發(fā)生滲漏或者是腐蝕問題。此外還要注重充分考慮其應用環(huán)境以及人為操作等因素，保障材料選擇的合理性和可靠性。

2.3 熱處理技術不到位

目前我國大多數(shù)企業(yè)的壓力容器的設計多存在處理技術不到位的問題，主要表現(xiàn)在壓力容器的焊接接頭處和殼體位置的熱處理，過于重視而壓力容器的彎管位置的熱處理工作不到位，因為壓力容器是一個統(tǒng)一的整體，如果在某一方面不能做到有效處理，則會大大降低壓力容器的安全系數(shù)[2]。

2.4 加工誤差變形

壓力容器封頭壓制后，會出現(xiàn)封頭曲率與標準封頭的曲率超差，造成設備使用過程中，封頭處的壓力和設計預計值偏差較大，影響容器的安全性能。所以，加工及備料過程，是一種導致變形的因素。究其原因，大多是工人放置胚料的位置不正確或封頭模具不標準等所致。備料誤差所致的變形，一般是鋼板方面。鋼材在吊裝、運輸及存放過程中，經(jīng)常承受各種外力的作用，導致彎曲、扭曲、翹曲等變形。

2.5 焊接質(zhì)量問題

壓力容器制造中焊接屬于必要工序。壓力容器的制造質(zhì)量直接受焊接技術水平的影響，如焊接過程中焊接人員未能嚴格遵循技術規(guī)范要求，或具體焊接過程存在電流大小控制不準確情況，導致焊接部位承受強度能力將出現(xiàn)顯著下降，同時出現(xiàn)較高的安全隱患。存在這類問題的焊接部位往往會很快在腐蝕性工作環(huán)境下出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進而導致安全事故的發(fā)生。

3 壓力容器設計過程中問題的優(yōu)化方式

3.1 設計方式選擇的應對措施

對比分析設計和常規(guī)設計模式可以看出，對于前者而言，其在確定相關參數(shù)時，一般利用數(shù)值計算的方式，將第三或第四理論作為依據(jù)來進行計算。相較常規(guī)設計，此類設計方式可降低兩到三成的材料成本，降低運輸及制造等方面的成本輸出。然而，對比常規(guī)設計各類要求，此類設計擁有更高的標準，如選擇材料、檢驗等；對于后者而言，其同分析設計相較，整個過程易執(zhí)行，且簡單不復雜，屬于傳統(tǒng)保守層次。由于常規(guī)設計的參數(shù)依據(jù)源自最大應力，因此設計人員在進行設計的過程中，可以不考慮其中產(chǎn)生的峰值應力、邊緣應力、局部應力及熱應力等。當然這也使得此類設計方式擁有較高的安全性，但從其經(jīng)濟性可以看出，其耗費的成本較高。由此，相關人員在進行壓力容器設計時，除了要充分考慮實際生產(chǎn)需要，了解其實際使用環(huán)境和成本支出，還應充分參考相關規(guī)范標準，科學合理的進行選擇，以在提升壓力容器質(zhì)量的同時，降低其成本損耗[3]。

3.2 規(guī)范壓力容器熱處理流程

如何降低熱切割鋼板的變形，已經(jīng)越來越受到各個領域技術人員的重視。熱切割產(chǎn)生的變形，矯正難度很大，嚴重時會影響使用。防止熱切割時產(chǎn)生變形，可采取在切割板材時跳留若干間斷點段，使母材板與被切割工件的板材相連，抑制工件的上翹和冷縮現(xiàn)象。待完全冷卻后，再將連接點斷開；還可以使用工裝將被切割工件夾好、固定，然后再進行切割操作，待工件完全冷卻后，再松開。這兩種方法都是實踐證明，能有效的防止熱切割變形的方法。

3.3 選擇高質(zhì)量的原材料

在實際的操作過程中，應當加大對壓力容器材料的合理選擇，按照有關的規(guī)定做好壓力容器鋼板的焊前焊后處理，焊前需要做好預熱，焊后要做好熱處理，以降低在電焊過程中產(chǎn)生的應力，一方面需要保證其性能，另一方面需要保證其穩(wěn)定性。例如常見的模式是采用多層包扎式氨合成塔作為設計材料，這種材料設計起來比較簡單，基本不需要高溫加工，容器的配件在200℃左右的溫度之下就能制作完成。在選擇鍋爐材料的時候，需要重視對材料使用溫度和抗腐蝕性的考慮，做好鍋爐材料的選擇。管材一般為16Mn，底部三通管材質(zhì)為15CrMo，殼側選材為Q345R，溫度控制在250℃左右，要使用合適規(guī)格的防沖蝕板，使熱管受熱均勻，也要考慮高溫下熱管的沖蝕，更好的發(fā)揮換熱作用。

3.4 開孔補強問題的應對措施

從開孔補強的緣由可以看出，其主要有三個方面的因素：其一，在對壓力容器進行開孔后，會破壞薄膜的均有應力，進而形成集中的分散應力；其二，接管開孔邊緣時，其接口處會形成不穩(wěn)定應力；其三，由于不規(guī)則的接管連接，而導致截面形成集中的應力。由此，在設計壓力容器時，要注意各個連接和開孔環(huán)節(jié)。首先，要對其進行合理分析，以計算最佳的應對方式，目前通常用分析法和等面積原理來應對這一難點和重點。前者主要是深入分析殼體屬性，找準其極限，得出的數(shù)據(jù)較為科學和合理，當然此方式會受到其中開孔尺寸的影響，具有一定的局限性；對于后者而言，其在計算模型上依據(jù)壓力容器受拉伸開孔情況，在補強原則上以總體平均應力施加為基礎，計算補強殼體相關數(shù)據(jù)。究其原因：因為開孔在殼體截面，因此需將補強的材料施加于開孔被削弱部分，以補償其削弱情況。同時需注意：此類補償計算方式，屬于靜力平衡模式，所以無法計算開孔疲勞強度；其次，在應對措施的選擇上，擁有的方式有：可對筒體的厚度進行適量增加；可對接管厚度或補強圈厚度進行適量增大；可增加補強圈的整體寬度或?qū)﹂_孔周圍筒體厚度進行增大[4]。

3.5 壓力容器（槽車）充裝安全質(zhì)量管理

為貫徹執(zhí)行國家有關移動式壓力容器充裝法規(guī)、規(guī)定，確保充裝安全，保護人民生命財產(chǎn)不受損失，移動式壓力容器充裝質(zhì)量管理從以下幾個方面展開工作：管理職責。健全組織機構、崗位職責，做到從業(yè)人員人人參與質(zhì)量安全管理，明確自己在作業(yè)中的職責和注意事項，努力做到人盡其責。管理制度。完善各項規(guī)章制度，根據(jù)各自不同的需要，制定相應的規(guī)章制度，例如生產(chǎn)區(qū)十大禁令、槽車充裝十大禁令等；安全技術操作規(guī)程。指定作業(yè)的管理規(guī)程，如移動式壓力容器內(nèi)介質(zhì)分析和余壓檢測操作規(guī)程、槽車充裝規(guī)程、液相產(chǎn)品充裝量復檢操作規(guī)程、車超裝后卸車安全操作規(guī)程、鶴管保養(yǎng)規(guī)程、應急處置操作流程等；裝車場應急預案。制定現(xiàn)場應急預案，包括應急職責、液化氣罐車發(fā)生泄露及發(fā)生火災、恢復作業(yè)程序等，并定期進行演練，確保在突發(fā)事故發(fā)生時能做到及時應變，把損失降到最低；工作記錄和見證材料。例如以下材料：充裝介質(zhì)充分檢測報告、裝車區(qū)進出車輛登記檢查表、超裝介質(zhì)卸載處理記錄、槽車充裝記錄、液化氣裝車加臭記錄表、裝車安全教育記錄表、司磅記錄單、裝車場防雷防靜電檢查維護記錄表、裝車場防靜電跨接線檢查維護記錄表、地秤檢定維護記錄表、壓力容器巡檢記錄、事故匯總表等等；只有詳實的記錄，才能讓管理實現(xiàn)精細化，保證充裝質(zhì)量。

3.6 強化焊接工序控制

焊接工序?qū)儆趬毫θ萜髦圃斓年P鍵環(huán)節(jié)。作為最常見的制造工序，焊接工序?qū)|(zhì)量的影響極為深遠。焊接操作需要得到合格焊接工藝和高資質(zhì)焊工的支持。相應焊接工藝設備和材料也直接影響焊接質(zhì)量。焊接前預熱對壓力容器焊接質(zhì)量有決定性作用。焊接預熱能夠降低焊接后的冷卻速度，且能夠有效減緩淬硬傾向，預防焊接裂紋。在焊接件預熱溫度較低時進行焊接，能夠提高焊接工作效率，但會增加焊接裂紋出現(xiàn)的幾率。這種情況下焊接人員需刨除焊縫重新焊接，不僅浪費時間和材料，還影響了整體的生產(chǎn)進度。因此，必須保證焊工認識到焊接預熱的重要性，輔以適當?shù)呐嘤柡图夹g交底，積極引進新型焊接工藝和設備，同時嚴格檢查焊接質(zhì)量，從而為提高壓力容器制造質(zhì)量提供支持。壓力容器焊接質(zhì)量檢查中，需及時發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患。此外，要做好良焊縫返修工作，以壓縮制造成本，同時保證制造質(zhì)量。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的逐漸發(fā)展，化工壓力容器設計技術得到了極大的發(fā)展，因此要結合實際情況，對化工壓力容器設計中的不安全因素進行全面分析，查找原因，提出合理的應對策略，壓力容器設備的運行安全，直接影響到企業(yè)相關領域的工作開展可行性。通過對大量事故進行分析可知，事故的出現(xiàn)，多數(shù)原因是由于安全技術管理疏忽或技術操作失誤，給企業(yè)與社會造成巨大影響。為有效規(guī)避相關問題的出現(xiàn)，應當對壓力容器的設計、生產(chǎn)、安裝、使用等過程進行嚴格管理。為有效提高壓力容器設備的整體運行安全性與穩(wěn)定性，需不斷加強壓力容器設備的安全技術管理工作。通過頒發(fā)相關的法律條規(guī)，對壓力容器的使用管理進行明確規(guī)定。同時，國家成立了專門監(jiān)察機構，對壓力容器一類的特種設備，開展有效的技術監(jiān)察工作，并對壓力容器的質(zhì)量保證體系進行有效健全，避免劣質(zhì)設備流入市場，增加企業(yè)運營風險。只有全面重視材料質(zhì)量管理、提升整體的建設品質(zhì)，才能促進壓力容器行業(yè)的更好發(fā)展。