壓力容器設計若干技術問題解析①

嚴偉++王歐蘭

摘 要：隨著壓力容器設計技術的發展，目前在壓力容器設計中，也會時常出現出現一些與技術相關的問題，由此導致壓力容器的設計出現各種結構或者是技術不合理的現象，不僅給生產廠家造成不必要的材料損失，而且生產的壓力容器面臨著安全性能挑戰。因此在本文中，結合自身多年的實踐經驗，對壓力容器設計中存在的技術問題進行探討和分析，并提出相應的解決措施，希望能夠規避設計技術問題，提高壓力容器的生產質量和效益。

關鍵詞：壓力容器 設計參數 技術問題 解決措施

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）

隨著我國市場經濟的快速發展，我國也逐漸與國際接軌，與國外市場頻繁交流，但是在國內外市場發展中也存在激烈的競爭，尤其是產品競爭，因此，不斷提高產品的標準化設計是我國企業躋身于國外市場的重要途徑。對于壓力容器產品來說，其設計水平也不例外，也必須走向國際化。但是當前我們卻看到企業生產的壓力容器存在多處與技術方面相關的問題。對于壓力容器來說，為了保證其質量，在設計時都已經制定了較為嚴格的技術規定，但是其中的許多規定含義都是比較原則化，基本上從整體進行考慮，有些規定涵蓋的技術情況比較多，這就會造成設計人員在對壓力容器設計時，沒有全面、透徹、正確理解技術規定，甚至產生了一些技術誤解，因而導致壓力容器生產中出現了一些不合理的設計技術問題。

1 壓力容器設計中有關技術方面的問題以及解決措施

1.1 重要技術參數的確定

在壓力容器設計中，涉及到很多設計參數，而且一個設計參數在不同的壓力容器設計規定中有著不同的含義，因此，能否正確的理解參數含義和選取參數，直接關系到壓力容器的制造成本，生產困難以及安全性能等。以下就針對兩個重要的技術參數進行分析。

（1）腐蝕裕量，一般情況下，容器壁厚的腐蝕裕量都是根據設備的預期使用年限和介質對容器的腐蝕速率進行綜合考慮后確定的。但是目前在很多產品生產工藝過程中，都沒有確切給出材料的腐蝕速率，也就無法知道材料的準確腐蝕裕量，因此，只有由產品的設計人員根據試驗粗略給出材料的腐蝕裕量，從嚴格意義上來說，這種做法會影響到產品的生產成本和安全使用性能。因此必須要嚴格確定材料的腐蝕裕量，對于壓力容器來說可以按照工藝專業標準要求或者是工程明確給出一致的材料腐蝕速率。例如對于接管的腐蝕裕量確定，目前尚未達成一致，有的以取容器殼體的一半作為接管的腐蝕裕量；有的則以整個容器殼體的腐蝕裕量作為接管的腐蝕裕量，但如果采取后者意見，則就會導致薄壁接管的開孔補強力度不夠的問題。因此，為了能夠確切不同接管的腐蝕裕量，對于一般接管來說直接按照筒體的腐蝕裕量計算就可以，而對于薄壁接管或者是小直徑接管，建議采取適當的補強措施，如利用厚壁管確定腐蝕裕量。

（2）焊接結構，焊接結構問題主要出現在球形接頭和圓筒連接的過程中，由于二者在環向連接時，圓筒的經線半徑曲率發生變化而導致焊接設計結構出現問題。按照焊接結構分類方式的規定，規定在球形接頭和圓筒連接過程中形成的環向結構屬于A類，即縱向承受應力的焊接接頭。但是在壓力容器的實際設計過程中，此規定不符合實際。因此，為了解決此類焊接結構問題，針對封頭球形可以利用削邊筒體端部法，即將半球球殼的一段削薄，然后再將封頭球形幾何圖形上的筒體部分削薄，最后利用堆焊技術對封頭球形進行局部加厚處理，從而使得焊接接頭具有較好的承受應力，但是這種方法也存在缺陷，由于封頭球形無折邊曲面部分具有較深的厚度，因此這部分工藝會增加材料用量，增加生產成本，因此，在選擇時一定要充分考慮利弊關系，努力做到既解決問題又不擴增成本。

1.2 平蓋接管開孔補強直徑計算問題

在壓力容器設計時，都會在壓力容器的平蓋上開設圓孔，但是由于平蓋自身的特點，使得開孔受到雙向拉伸作用，而在孔的邊緣集中的應力可達兩倍基本應力，因此為了降低這些應力，集中一般都需要采取開孔補強措施，即外加補強元件或者是增加平蓋厚度。由于平蓋接管大多采用的是內插管與平蓋雙側焊接在一起的結構，因此平蓋上開孔直徑的大小就直接關系到補強計算。在實際設計中，瓶蓋與接管的焊接結構有兩種常見的結構特征，即全焊透結構和非焊透結構。對于全焊透結構來說，由于平蓋與接管已經完全形成一個整體，因此在計算補強大小時，所用的開孔直徑應為接管內徑和兩倍厚度附加量之和；而對于非焊透結構來說，可以采用平蓋上的鉆孔直徑，即用接管外徑加兩倍間隙之和的值即可。但是在實際操作中，往往會出現設計人員對補強計算問題顧名思義，不考慮平蓋與接管的結構特征，全部都按照非焊透結構的開孔直徑進行計算，由于開孔基準直徑變小后，在補強時需要增加的厚度量也會隨之減小，忽略細節變化，這必然會加大平蓋厚度，最終影響壓力容器的質量。

1.3 管殼式換熱器中折流板和支持板的用途不明

在管殼式換熱器中，經常會用到折流板和支持板。如果不仔細區分，在使用時很容易就會發生混淆。因為在形式、最小板厚、大小方面，折流板和支持板完全一樣，唯一不同之處僅在于兩種板的作用和布置。折流板主要用于無相變換熱過程，來改變殼程介質的流動狀態，從而提高換熱器的換熱效率，板間距較??；而支持板恰好相反，其主要用于有相變的換熱過程，有支撐作用，主要用來支承換熱管，使換熱器不超過其最大的無支撐跨距，因此支持板的板間距相對較大。但是在實際設計中，經常出現部分設計人員混淆會將兩種板件，尤其是將折流板誤用于支撐換熱管的工況中，造成不必要的設計浪費。因此設計人員務必要認清兩種板的結構和功能，正確使用，避免浪費。

1.4 耐壓試驗的免除問題

耐壓試驗免除的對象通常是那些不能夠進行壓力試驗的現場組焊的大型壓力容器，例如不能承受液壓試驗時水的重量的壓力容器。耐壓試驗實際上是檢測壓力容器質量和安全性能的一個重要環節，但是往往有部分設計人員認為不用對這些特殊的壓力容器進行耐壓試驗。為了確保免除耐壓試驗的壓力容器質量和安全，在設計過程中，注意提高壓力容器材料的力學性能和化學成分的檢測要求，提高容器的超壓泄放能力，盡量采用全焊接頭等。

2 結語

壓力容器的技術設計規定都是為其質量和安全服務的，因此設計人員定要較少技術問題，保證壓力容器的質量，提高生產效益。

參考文獻

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