楊麗霞，王春霞(山東宏達(dá)科技集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250300)

0 引言

壓力容器在多個行業(yè)當(dāng)中都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在煉油以及化學(xué)行業(yè)當(dāng)中起著重要的作用。通常來說壓力容器是罐體，在設(shè)計的過程中需要考慮壓力和溫度兩個重要的影響因素。在實際的設(shè)計和制造過程中，要嚴(yán)格根據(jù)實際的生產(chǎn)要求來合理地設(shè)置壓力容器的壓力值，從而保證實際運行參數(shù)與設(shè)計相一致，促進(jìn)壓力容器正常穩(wěn)定的運行。壓力容器的設(shè)計過程中，要綜合考慮多方面因素，并積極改進(jìn)設(shè)計和制造中的不足之處，以提高整體的設(shè)計水平，保障化工生產(chǎn)順利、穩(wěn)定地進(jìn)行。

1 化工壓力容器的分類與設(shè)計要求

1.1 基本分類

壓力容器作為化工生產(chǎn)當(dāng)中一種常見的密閉裝置。整體來說，化工壓力容器的使用環(huán)境相對比較惡劣，需要承受高溫和高壓，這些都決定了化工壓力容器對設(shè)計和制造有著較高的質(zhì)量要求。按照承壓能力通常將壓力容器劃分為低壓型、中壓型、高壓型和超高壓型；而按照其內(nèi)部儲存物質(zhì)的類型，可以分為無毒型、有毒型和劇毒型；按照其生產(chǎn)工藝，分為分離型、反應(yīng)型、貯運型和熱交換型。根據(jù)實際生產(chǎn)情況的不同，來選擇相應(yīng)類型的壓力容器。由于分類的不同，其具體的設(shè)計原理和方法也都存在著一定的差異，因此，在設(shè)計過程中要保證壓力容器的安全性，以免影響其正常使用，對化工行業(yè)生產(chǎn)造成不良影響。

1.2 設(shè)計要求

在化工壓力容器設(shè)計過程中，很重要的一點就是要根據(jù)實際生產(chǎn)工藝和用戶的需求，以及壓力容器的使用環(huán)境、工作條件等，選擇合適的制作材料。對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、盛裝物質(zhì)等進(jìn)行了解，綜合協(xié)調(diào)之后，再對壓力容器的設(shè)計和制作工藝進(jìn)行確定，從而使其能夠滿足實際化工生產(chǎn)和使用的要求。在此過程中，根據(jù)實際需求和功能的重要程度來進(jìn)行設(shè)計，從而保證壓力容器制作完成之后能夠滿足用戶需求。

壓力容器設(shè)計方法包括常規(guī)法和分析法兩種。一般來說，常規(guī)的設(shè)計方法主要是在一定彈性設(shè)計準(zhǔn)則之下，推算出壓力容器與尺寸之間的關(guān)系，這是一種比較典型的設(shè)計方法。在對壓力容器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，要對局部應(yīng)力進(jìn)行控制，并注重其安全性，從而保障壓力容器設(shè)計合理。

分析設(shè)計方法是其設(shè)計過程中主要利用一定的分析方法，基于應(yīng)力來對具體的數(shù)據(jù)參數(shù)等進(jìn)行分析。相對來說，采用的工藝標(biāo)準(zhǔn)相對比較嚴(yán)格，在彈塑性失效準(zhǔn)則為指導(dǎo)的前提之下，逐一進(jìn)行應(yīng)力計算與分析。分析設(shè)計方法可以節(jié)省材料，且針對性設(shè)計能夠使容器使用更加的方便安全，降低材料變形的概率，從而提高容器的載荷性能。通常來說，這樣的設(shè)計方法在現(xiàn)實中應(yīng)用比較廣泛。

2 化工壓力容器設(shè)計的重要性

化工生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，若不注重設(shè)計，則會降低設(shè)備的使用效果，甚至還可能在生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生安全隱患。對壓力容器進(jìn)行合理設(shè)計，不僅可以提升設(shè)備使用的穩(wěn)定性，使整體的生產(chǎn)線路性能輸出得到提升，而且能夠拓展設(shè)備的應(yīng)用范圍，使其性能持續(xù)的保持先進(jìn)性。還能夠保證壓力容器設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而提高整體的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率[1]。

3 化工壓力容器設(shè)計中的不安全因素

3.1 使用年限因素

壓力容器與其他的設(shè)備或者物品都有著相同的特點，那就是隨著使用年限的增長，其實際的性能也會逐漸發(fā)生改變。并且在運行和使用中，由于各類外部因素的影響，使得材料質(zhì)量下降，而且很可能會帶來一系列的安全隱患。經(jīng)過大量的研究表明，一些化工企業(yè)不重視壓力容器的使用年限問題，很多壓力容器已經(jīng)超過規(guī)定使用年限，卻仍然沒有被替換或者清除。結(jié)果部分零部件或者結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕變形或者老化嚴(yán)重的問題，很容易導(dǎo)致壓力泄漏，在具體使用過程中，很可能會增加事故發(fā)生的概率。也有部分企業(yè)沒有重視壓力容器使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)，使得壓力容器老化速度加快，使用壽命大大縮短。因此，壓力容器設(shè)計之初，就應(yīng)該要采取多種措施來提高其使用周期，保證其安全性。同時，還應(yīng)該將維護(hù)保養(yǎng)因素考慮在內(nèi)，企業(yè)也應(yīng)該在這方面增加資金投入，保障化工企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

3.2 材料因素

在壓力容器使用過程中，材料因素的影響也是至關(guān)重要的。能否準(zhǔn)確合理地選擇好材料，也直接關(guān)系著壓力容器的性能。某些設(shè)備或者產(chǎn)品的性能不佳或者使用周期過短，很大程度上是由于選擇的材料質(zhì)量低劣造成的。選用不同的生產(chǎn)材料，也會得到不同質(zhì)量的產(chǎn)品。在實際對壓力容器進(jìn)行設(shè)計過程中，要考慮多方面的影響因素。

整體來說，壓力容器設(shè)計制造過程中，根據(jù)不同部位的性能選擇相應(yīng)材質(zhì)的材料，從而提高材料的利用率，降低成本。最重要的是材料的應(yīng)用應(yīng)該科學(xué)合理，保證最終生產(chǎn)的壓力容器性能能夠滿足實際生產(chǎn)需求。

3.3 熱處理技術(shù)因素

在大多數(shù)壓力容器的設(shè)計和制造過程中，設(shè)計人員更加注重封頭以及殼體的熱處理，對彎管的熱處理問題卻沒有足夠的重視，這樣一來則會嚴(yán)重影響到壓力容器使用的安全性。整體來說，化工壓力容器的設(shè)計應(yīng)該對所有的零部件結(jié)構(gòu)考慮到熱處理性能。在設(shè)計過程中，不能僅考慮成本，還應(yīng)該考慮整體設(shè)計的安全性和實際性能。化工壓力容器的某些部位若缺少熱處理，則會極大程度上影響壓力容器使用的安全性。因此，在實際壓力容器設(shè)計的過程中，應(yīng)該根據(jù)使用材料以及具體零部件的情況來做好熱處理，從而避免材料出現(xiàn)變形或者壓力容器性能不合格等問題。

3.4 制作中變形問題

化工壓力容器整體的制作過程非常復(fù)雜，工序繁多。不同的步驟之間也都存在著連帶效應(yīng)，若是在某一步驟上面對相應(yīng)的參數(shù)等沒有控制好，就很容易會造成壓力容器整體外形的不穩(wěn)定，極有可能發(fā)生變形，比如冷加工及焊接工藝就很容易引起變形等情況。在制造期間，若由于操作技術(shù)不佳、工藝不規(guī)范，也可能會造成與設(shè)計之間的誤差，導(dǎo)致其具體配置變形。

3.5 焊接問題

在壓力容器的制造過程中，焊接作業(yè)及工藝也是非常重要的。大多數(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量問題都會出現(xiàn)在焊接環(huán)節(jié)，比如焊縫錯邊、未焊透等都會影響到壓力容器的最終質(zhì)量，使其在使用過程中容易發(fā)生安全問題。因為焊接質(zhì)量直接影響壓力容器的整體質(zhì)量[2]，所以在焊接時，既要保證人員的安全，也要保證焊接質(zhì)量。

4 壓力容器設(shè)計和使用中提升性能的措施

4.1 提升使用年限

不少的化工生產(chǎn)企業(yè)對壓力容器具體使用周期不夠重視，又或者當(dāng)設(shè)備超過了使用期限以后不能及時更新設(shè)備，這會給生產(chǎn)安全帶來極大的威脅。因此，對此應(yīng)積極地采取有效措施，從而提升壓力容器的使用年限。一方面，化工企業(yè)必須意識到超過應(yīng)用期限后對產(chǎn)品安全所產(chǎn)生的危害；另一方面，從壓力容器的設(shè)計之初就考慮多種外界因素的影響，優(yōu)化設(shè)計方案采用最佳的材料，以保證能夠滿足實際使用需求，并且延長其使用年限。比如，要注重提升整體結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，如果盛裝的一些化學(xué)溶劑腐蝕性比較強(qiáng)，則會使設(shè)備極易老化，而通過改善和提升其耐腐蝕性能夠增加其使用年限。除此之外，還應(yīng)該對各項性能進(jìn)行模擬和分析，排除不安全因素，以保證設(shè)計方案更具合理性。

4.2 提升設(shè)計人員水平

化工壓力容器設(shè)計人員的整體素質(zhì)和專業(yè)水平是一項關(guān)鍵的內(nèi)容。若想要提升化工容器的質(zhì)量，就要保證設(shè)計人員具備一定的水平。企業(yè)通過加強(qiáng)培訓(xùn)等，使其遵守相應(yīng)的管理制度，按照具體工藝要求和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。在培訓(xùn)過程當(dāng)中要全面兼顧各方面的知識，包括壓力容器的使用、安裝、加工工藝，以此保證整體設(shè)計的合理性。同時要求相關(guān)人員持證上崗，如果離開工作崗位6個月以上，要重新進(jìn)行考核，考核通過后再上崗工作。

4.3 選擇合理設(shè)計方式

通過對比分析設(shè)計和常規(guī)設(shè)計可以看出，在分析設(shè)計過程當(dāng)中，采用計算的方式來確定相關(guān)參數(shù)可以降低材料成本等支出，且有著更高的標(biāo)準(zhǔn)，在具體執(zhí)行過程中相對也比較簡單。而常規(guī)設(shè)計主要是參照最大應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計，雖然擁有比較高的安全性，但是會耗費比較高的成本。因此，設(shè)計時要根據(jù)使用環(huán)境以及成本等各方面的因素，來選擇合適的設(shè)計方法，在保證壓力容器質(zhì)量的前提之下，使得企業(yè)的生產(chǎn)成本得以控制。

4.4 選擇合理材料

化工壓力容器生產(chǎn)中材料是比較重要的一項影響因素。在設(shè)計過程中要選擇合適的材料，這也是保證壓力容器使用安全的重要基礎(chǔ)。如果材料選擇不合適，設(shè)計方法再好，也難以保證具體使用的安全性。因此，要根據(jù)壓力容器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和原則，以及具體的使用環(huán)境等各方面的要求，選擇最佳的材料來進(jìn)行生產(chǎn)。具體來說，選材過程按照以下幾點：一是要根據(jù)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點、強(qiáng)度等要求，評估所需材料的厚度，只有保證厚度均勻，才能夠使其所承受的壓力保持穩(wěn)定；二是在選材過程當(dāng)中，還應(yīng)該對各類材質(zhì)的強(qiáng)度、耐腐蝕性等基本屬性有所了解，進(jìn)行評估比較之后選出最合適的材料；三是盡可能選擇一些性價比高的材料，既能夠保證生產(chǎn)需求，還能夠有效地控制成本[3]。

4.5 處理變形問題

針對壓力容器容易出現(xiàn)變形這一問題，要對焊接技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和提升。做到焊接技術(shù)的規(guī)范應(yīng)用，在實際組裝和制造之前先要進(jìn)行模擬組裝。另外，在實際安裝過程中，利用十字架內(nèi)支撐的方式，可以極大減少焊接變形問題的出現(xiàn)。最后，針對內(nèi)應(yīng)力因素而引起的容器變形，利用熱處理技術(shù)進(jìn)行焊接。一定要認(rèn)真對待變形問題，提升焊接技術(shù)，并不斷進(jìn)行技術(shù)的優(yōu)化。

4.6 合理運用熱處理工藝

合理規(guī)范的使用熱處理工藝能夠提高整體的安全性和使用穩(wěn)定性。對于接口處以及殼體進(jìn)行整體熱處理，另外也不要忽略彎管等位置。在此過程當(dāng)中還要注意，若溫度控制不合理則會影響到材料的性能。因此，在對不同的材料進(jìn)行熱處理時，也應(yīng)區(qū)別對待，以免因操作不當(dāng)而影響到壓力容器的整體性能下降。

5 結(jié)語

綜上所述，在化工企業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，壓力容器的設(shè)計工作是非常重要的，對壓力容器的運行起著關(guān)鍵作用。但由于會受到多種因素的影響，因此要采取積極的措施進(jìn)行改善，從而保證壓力容器設(shè)計的安全性和合理性，保障安全生產(chǎn)的同時，也能夠促進(jìn)化工企業(yè)自身不斷發(fā)展。