鄭順城(啟東神農(nóng)機(jī)械有限公司，江蘇 啟東 226200)

0 引言

在現(xiàn)代科技發(fā)展的帶動下，壓力容器的應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)廣泛，尤其是在化工行業(yè)的應(yīng)用，對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益等方面有著積極意義。但影響化工壓力容器設(shè)計(jì)安全性的因素較多，包括壓力和溫度等因素。還需本著具體問題具體分析的原則，根據(jù)不安全因素采取有效的措施處理，確保化工壓力容器運(yùn)行的安全可靠性，促使化工生產(chǎn)作業(yè)得以順利展開。

1 化工壓力容器設(shè)計(jì)要求

1.1 設(shè)計(jì)要求

化工壓力容器的設(shè)計(jì)需掌握客戶的實(shí)際需求和壓力容器的工作條件等。在其基礎(chǔ)上，規(guī)范選用制作壓力容器的材料，合理設(shè)計(jì)容器的結(jié)構(gòu)形式?；毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)需求較多，在不能做到面面俱到的情況下，需合理取舍各種設(shè)計(jì)需求，確保壓力容器設(shè)計(jì)與實(shí)際化工生產(chǎn)需要的匹配度，促使壓力容器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，滿足化工生產(chǎn)的效益需求。

1.2 設(shè)計(jì)方法

在設(shè)計(jì)壓力容器的實(shí)踐中，通常采取以下幾種設(shè)計(jì)方法，一是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式，依據(jù)彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與殼體薄膜理論及材料力學(xué)知識，合理計(jì)算受壓件的壁厚，屬于依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)展開設(shè)計(jì)和制作的方法。因此，在壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料及工藝的選擇過程中，需加強(qiáng)控制局部應(yīng)力。從彈性失效問題入手，不斷提高許用應(yīng)力的安全系數(shù)，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)化工壓力容器。二是分析設(shè)計(jì)方法，依據(jù)應(yīng)力分析數(shù)據(jù)和嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)及彈塑性失效準(zhǔn)則，分類匯總和計(jì)算分析應(yīng)力情況。不同的應(yīng)力在產(chǎn)生與破壞形式方面的差異較大。為滿足應(yīng)力要求，還需在了解應(yīng)力破壞形式等方面情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不同元器件。安全可靠性的設(shè)計(jì)化工壓力容器應(yīng)力，能夠防止材料發(fā)生塑性變形，減少材料浪費(fèi)，有效控制壓力容器的載荷。由此可見，分析設(shè)計(jì)方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更高，也是常用的一種化工壓力容器設(shè)計(jì)方法。

1.3 綠色設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代科技發(fā)展和材料持續(xù)優(yōu)化的帶動下，使得化工壓力容器的綠色設(shè)計(jì)逐漸成為了可能，可減少設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的能耗，提高化工壓力容器的安全稀疏，使其逐步向輕便化和低成本等趨勢發(fā)展。通過調(diào)整環(huán)節(jié)工藝與嚴(yán)格把控材料質(zhì)量等措施，從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)合理控制化工壓力容器的結(jié)構(gòu)，促使化工壓力容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷精簡，與化工事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展要求高度契合。

2 化工壓力容器設(shè)計(jì)不安全因素分析

2.1 使用年限問題

化工壓力容器的性能，隨著實(shí)際使用時(shí)間的延長而逐步降低，而性能降低是引起生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗和成本增加的主要影響因素。長期使用的化工壓力容器，化工壓力容器的性能和構(gòu)件嚴(yán)重受損，構(gòu)件的損壞和老化等問題得不到及時(shí)解決，發(fā)生安全事故的幾率更大，對化工生產(chǎn)企業(yè)的效益帶來不同程度的影響[1]。在設(shè)計(jì)化工壓力容器時(shí)，需加強(qiáng)對使用年限這一不安全因素的充分考慮和重視，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和制作工藝，盡可能地延長化工容器的安全使用年限，以此實(shí)現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值的最大化。但實(shí)際上，后續(xù)的維護(hù)工作必不可少。化工企業(yè)對化工壓力容器投入使用后的維護(hù)工作展開不重視，促使化工壓力容器的性能衰退進(jìn)程加快，在未達(dá)到使用年限時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的報(bào)廢傾向，使用過程中的安全隱患不斷積累。因此，在設(shè)計(jì)化工壓力容器時(shí)，需加強(qiáng)對維護(hù)保養(yǎng)因素的考慮，通過壓力容器綜合性能的提升，促使容器的使用年限得以盡量延長。

2.2 材料問題

化工壓力容器的性能發(fā)揮與后續(xù)使用的安全可靠性，也受其焊材與母材等材料的合理選用影響。因此，對容器材料這一不安全設(shè)計(jì)因素的把控不能忽視。在設(shè)計(jì)化工壓力容器時(shí)，需合理選用母材，多方面考慮母材對化工壓力容器安全性等性能發(fā)揮的影響?；毫θ萜鹘佑|的化學(xué)介質(zhì)和工作條件不同，對設(shè)計(jì)材料的選擇也存在明顯的差異，還需根據(jù)實(shí)際需求合理選用母材。提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的選材合理性，按照相關(guān)規(guī)定的要求標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格檢查與控制材料的質(zhì)量，避免在應(yīng)用中出現(xiàn)腐蝕和滲漏等問題。考慮化工壓力容器應(yīng)用時(shí)的人為操作和應(yīng)用環(huán)境等因素的影響，確?；毫θ萜鞯牟牧线x用合理性和整體性能達(dá)標(biāo)，符合化工安全生產(chǎn)的實(shí)際需要?；毫θ萜鞯牟煌课辉O(shè)計(jì)，選用的材料也存在明顯的差異。同時(shí)在材料的選用中，不能忽視對材料利用率和材料浪費(fèi)及制作成本等方面問題的考慮，促使材料的應(yīng)用價(jià)值得以充分發(fā)揮，切實(shí)滿足化工壓力容器的設(shè)計(jì)制作需要[2]。

2.3 熱處理問題

部分企業(yè)為節(jié)約容器的制作成本，會對熱處理技術(shù)的應(yīng)用不重視，從而引起化工壓力容器投入使用不穩(wěn)定的問題，促使其制作的安全性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求?；毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)不能主觀隨意，需從制造的過程入手，充分考慮零部件結(jié)構(gòu)的熱處理性能，盡可能地強(qiáng)化容器使用的安全可靠性，規(guī)避化工生產(chǎn)中的安全隱患。在壓力容器的熱處理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)細(xì)節(jié)把控，包括容器自身與焊接接頭等方面的內(nèi)容，通過對其規(guī)范進(jìn)行熱處理，不斷提高化工壓力容器的安全性能。在化工壓力容器的實(shí)際設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)考慮整體設(shè)計(jì)安全和設(shè)計(jì)成本，尤其是在必要的熱處理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行省略或粗放性的處理，必然會降低化工壓力容器使用的安全性與可靠性，為化工生產(chǎn)帶來事故隱患。因此，在設(shè)計(jì)化工壓力容器時(shí)，需加強(qiáng)對質(zhì)量和安全等因素的把控，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范做好化工壓力容器相關(guān)結(jié)構(gòu)的熱處理設(shè)計(jì)。尤其是對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，建議采取焊后熱處理方式，降低和控制焊接引起的殘余應(yīng)力，確?；毫θ萜鞯膶?shí)際使用要求。

2.4 變形問題

化工壓力容器的制作工藝復(fù)雜，涉及較多的制造環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會對整個(gè)化工壓力容器的質(zhì)量帶來不同程度的影響。在化工壓力容器的制造過程中，受流程和技術(shù)及理念等因素的影響而出現(xiàn)問題，會直接限制容器整體性能的發(fā)揮。如在焊接環(huán)節(jié)，受多層筒體的焊接順序不合理等問題的影響，易出現(xiàn)化工壓力容器變形等問題，通過肉眼通常難以被發(fā)現(xiàn)，但在化工壓力容器投入使用中的安全隱患影響較大。為規(guī)避潛在的使用危險(xiǎn)，需在化工壓力容器的焊接環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對焊接細(xì)節(jié)的把控，避免出現(xiàn)泄漏和破裂等情況，減少對化工壓力容器的安全使用影響。

3 化工壓力容器的安全設(shè)計(jì)策略

隨著化工行業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷創(chuàng)新，對化工壓力容器的性能要求更高。若要想通過設(shè)計(jì)提高化工壓力容器的使用安全性，還需不斷優(yōu)化化工壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并在材料及工作選擇等方面下功夫，推動化工壓力容器設(shè)計(jì)持續(xù)優(yōu)化發(fā)展[2]。

3.1 把控使用年限影響因素

針對使用年限不安全因素的把控，需從以下幾方面入手進(jìn)行處理：一是加大對化工生產(chǎn)企業(yè)的安全宣傳力度，引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)對化工壓力容器使用年限的重視，提高對超出使用年限繼續(xù)使用化工壓力容器危害性的認(rèn)知度，將其傳統(tǒng)的思想觀念和職責(zé)理念中脫離出來，不斷強(qiáng)化安全生產(chǎn)意識，樹立正確的思想行為，并將安全教育貫徹落實(shí)到企業(yè)內(nèi)容，形成全員配合與支持及重視化工壓力容器在使用年限內(nèi)安全應(yīng)用與維護(hù)的良好氛圍。二是在化工壓力容器的設(shè)計(jì)方面下功夫，綜合考慮化工壓力容器的使用要求和工作條件等多方面的影響因素，合理設(shè)計(jì)與不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，力求在特定的生產(chǎn)環(huán)境下，促使容器的使用年限得以有效延長，滿足化工企業(yè)安全生產(chǎn)的要求。在設(shè)計(jì)化工壓力容器時(shí)，充分考慮到化工生產(chǎn)中壓力容器接觸化學(xué)介質(zhì)的腐蝕性和與液體存儲壓力及腐蝕余量等方面的影響因素，要求化工壓力容器的抗壓性和耐腐蝕性達(dá)標(biāo)，延緩化工壓力容器的老化速度。三是完善產(chǎn)品說明書的內(nèi)容，明確強(qiáng)調(diào)化工壓力容器的使用和維護(hù)檢查等方面的要求及注意事項(xiàng)，盡量延長化工壓力容器的使用年限，確?；毫θ萜鞯陌踩a(chǎn)使用。

3.2 把控材料影響因素

材料是化工壓力容器設(shè)計(jì)和容器安全維護(hù)的基礎(chǔ)，需加強(qiáng)對化工壓力容器設(shè)計(jì)中選材方面的重視。按照規(guī)定要求，嚴(yán)格選用設(shè)計(jì)材料，檢驗(yàn)材料的質(zhì)量，確保材料的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在化工壓力容器的實(shí)際設(shè)計(jì)中，充分考慮化工壓力容器的使用環(huán)境和用途等情況，確保材料的選用符合多種要求。合理設(shè)計(jì)材料備用方案，在化工壓力容器投入使用中，出現(xiàn)任何原設(shè)計(jì)材料等方面的問題，可發(fā)揮備用方案的作用。原設(shè)計(jì)材料接觸的化學(xué)介質(zhì)存在較強(qiáng)的腐蝕性，需合理使用不銹鋼材料與鈦-鋼復(fù)合鋼板，與介質(zhì)的接觸面采用鈦材，外層采用低合金鋼，提高化工壓力容器抗腐蝕性的同時(shí)，達(dá)到節(jié)約制造成本等目的。

在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的理念影響下，本著引進(jìn)來與走出去的原則，引用先進(jìn)的技術(shù)，借鑒優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)，采用多層包扎式氨合成塔筒體材料，發(fā)揮材料的配件制作穩(wěn)定要求低和制作成本低等優(yōu)勢特點(diǎn)，確保其符合容器的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用需要。在利用氨合成塔材料時(shí)，高溫加工處理底部三通，其余結(jié)構(gòu)的材料在200℃條件下進(jìn)行加工處理，切實(shí)降低加工的難度。氨合成塔的材料的成本低且性能優(yōu)異，是一種理想的壓力容器材料?；毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)材料選擇，不僅需考慮化工壓力容器的種類和應(yīng)用場景等影響因素，還需設(shè)計(jì)多種材料方案，通過實(shí)驗(yàn)論證的方式確定和采用最佳的材料方案。同時(shí)保障壓力容器設(shè)計(jì)材料的多性能優(yōu)勢整合，包括耐腐蝕與耐高溫等，促使化工壓力容器的設(shè)計(jì)和制作工作得以有序展開。

3.3 合理運(yùn)用熱處理工藝

熱處理工藝是化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中不能忽視的關(guān)鍵因素。在熱處理工藝的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，需加強(qiáng)對應(yīng)用熱處理技術(shù)的重視，確?；毫θ萜髦谱魃a(chǎn)的安全可靠性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需通過對容器自身進(jìn)行熱處理，以達(dá)到去除殘余應(yīng)力的作用；對壓力容器的焊接接頭施行熱處理。要想充分發(fā)揮熱處理工藝的應(yīng)用價(jià)值，需加強(qiáng)對熱處理溫度的合理控制，避免高溫因素引起的材料變性問題。不同材料的熱處理要求多有不同，需充分體現(xiàn)出熱處理的針對性和差異性，避免因不當(dāng)熱處理引起的壓力容器性能弱化等問題。加強(qiáng)對化工壓力容器焊接后的熱處理設(shè)計(jì)把控，焊接處存在較大的殘余應(yīng)力，對化工壓力容器的安全性能影響較大。因此，不僅需合理選用容器的設(shè)計(jì)材料，還需在各加工環(huán)節(jié)合理控制熱處理工藝，保證其使用安全性。應(yīng)力作用引起的裂縫和變形問題不能忽視，需依據(jù)設(shè)計(jì)要求，在焊接前對鋼板進(jìn)行預(yù)熱處理，焊接后施行熱處理。合理控制彎曲管道的熱處理，以規(guī)范落實(shí)設(shè)計(jì)方案，確保化工壓力容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際制作保持高度一致。

3.4 處理制作變形問題

容器的設(shè)計(jì)變形直接受焊接技術(shù)的應(yīng)用影響。還需加強(qiáng)對焊接技術(shù)應(yīng)用的深入研究，加強(qiáng)焊接細(xì)節(jié)的監(jiān)督把控，確保焊接技術(shù)的應(yīng)用規(guī)范性，切實(shí)規(guī)避壓力容器的變形問題。在焊接環(huán)節(jié)需做到以下幾點(diǎn)：一是在實(shí)際組裝前，模擬組裝所有的組件。二是安裝環(huán)節(jié)采取十字架內(nèi)支撐工裝的方式，確保安裝的合理性，降低焊接變形問題的發(fā)生率。三是焊接筒體后需施行預(yù)變形處理，規(guī)避因不合理焊接產(chǎn)生的變形情況。四是因應(yīng)力因素產(chǎn)生的變形情況，通過熱處理技術(shù)進(jìn)行焊接，針對較大內(nèi)外部溫差的問題，通過預(yù)熱的方法均衡溫度，再利用熱處理技術(shù)實(shí)施焊接，避免因溫差因素引起的變形問題?；毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)效果，直接受焊接工藝的影響，要求焊接工作人員需不斷提高自身的技術(shù)水平，加強(qiáng)對焊接全程細(xì)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)要求的把控，提前預(yù)測裂縫和碳化等常見的焊接問題，采取針對性的措施進(jìn)行處理，防止化工壓力容器出現(xiàn)變形等質(zhì)量問題，確?；毫θ萜鞯陌踩院头€(wěn)定性等整體性能的充分發(fā)揮[3]。質(zhì)量管理貫穿焊接等化工壓力容器設(shè)計(jì)的全程，促使化工壓力容器的設(shè)計(jì)和管理體系更加優(yōu)化，把控因工藝等因素引起的質(zhì)量問題，確保化工壓力容器的設(shè)計(jì)和制作及使用維護(hù)等工作得以順利展開。

4 結(jié)語

在化工壓力容器的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)預(yù)測和把控各種不安全因素，從源頭上杜絕化工壓力容器的質(zhì)量問題，確?；毫θ萜魍度胧褂玫陌踩浴Ｒ朐谠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)確?；毫θ萜鞯恼w性能達(dá)標(biāo)，需從使用年限和材料選用等不安全因素入手，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案內(nèi)容，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案和理念及手段等，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與全面性及綠色化等優(yōu)勢特點(diǎn)突出，以推動化工壓力容器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷革新。