淺談壓力容器設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題

姜軍義，蔣 悅

（中昊（大連）化工研究設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116023；大連大化工程設(shè)計有限公司，遼寧 大連 116031）

1 概述

壓力容器在石油、化工等行業(yè)被得到廣泛的應(yīng)用，石油、化工行業(yè)的物料大部分具有易燃、易爆和毒性的特性，如果設(shè)計的不正確或不合理，制造質(zhì)量低劣或設(shè)備缺陷擴(kuò)展，就有產(chǎn)生事故的危險，甚至造成災(zāi)難性后果。針對壓力容器設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題，本文挑選幾種常見和典型的問題，分別作了詳細(xì)的闡述和正確的解答，內(nèi)容主要涉及圖樣、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)要求、計算和管理制度共6個方面的問題。

2 壓力容器設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題

2.1 圖樣

在設(shè)計中，無論是材料還是零部件，都應(yīng)選擇現(xiàn)行的最新標(biāo)準(zhǔn)。如設(shè)計者仍使用已作廢的標(biāo)準(zhǔn)，這是錯誤的，選用淘汰的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品更是錯誤的。例如：商品緊固件標(biāo)準(zhǔn)已頒布執(zhí)行，一些設(shè)計者仍按舊標(biāo)準(zhǔn)選用 A3、A4緊固件；JB／T4736－2002《補(bǔ)強(qiáng)圈》已于2003－03－01實(shí)施，現(xiàn)在不少設(shè)計者仍選用舊標(biāo)準(zhǔn)JB／T4736－1995《補(bǔ)強(qiáng)圈》，該標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足GB150和HG20583對補(bǔ)強(qiáng)圈的適用范圍、坡口等要求。因而也將影響到設(shè)備的設(shè)計和制造質(zhì)量。

對于選用的標(biāo)準(zhǔn)圖或通用圖應(yīng)進(jìn)行校對。選用人應(yīng)對選用的正確性負(fù)責(zé)。目前有的標(biāo)準(zhǔn)圖或通用圖尚存在一定的問題，尤其是有的圖上存在著已作廢的標(biāo)準(zhǔn)。因此選用時一點(diǎn)要慎重對待，對存在的問題應(yīng)加以更正。

2.2 材料

設(shè)計壓力＞1.0MPa，而殼體鋼板厚度＜6mm時容器選材易出現(xiàn)錯誤。因?yàn)樵谌萜骷売娩摌?biāo)準(zhǔn)中根本沒有6mm以下的鋼板，當(dāng)鋼板厚度小于6 mm，但又必須采用容器級的低碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼板時，應(yīng)選用按GB6653－2008《焊接氣瓶用鋼板和鋼帶》生產(chǎn)的HP245、HP345鋼板，所選用的鋼板厚度范圍為3～5mm，下限3mm為壓力容器規(guī)定的最小壁厚。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)要求

2.3.1 臥式容器殼體長度較長時人孔數(shù)量不夠的問題

當(dāng)臥式容器殼體較長時仍設(shè)置一個人孔，會造成焊接時氣體排放困難；內(nèi)部檢查時通風(fēng)不良，采光不好，意外情況時人員撤離不便。HG20583－2011《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》中8.2.2條規(guī)定：臥式容器和立式容器的筒體的單獨(dú)長度大于或等于6 000mm時，宜考慮設(shè)置2個以上的人孔。

2.3.2 儲罐的水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)問題

例如一臺混合二甲苯儲罐φ9500×8525、液位7.9m、頂部氣相設(shè)計壓力0.002／－0.0005MPa（G）儲罐各部件強(qiáng)度計算時其介質(zhì)密度取水的密度，要求罐頂進(jìn)行氣密性試驗(yàn)和儲罐強(qiáng)度試驗(yàn)，技術(shù)要求中提出：儲罐用90kPa（G）的空氣進(jìn)行壓力試驗(yàn)這是不妥的。因?yàn)?0kPa（G）的空氣壓力試驗(yàn)對罐頂來說未達(dá)到真空下氣密性能試驗(yàn)要求，對罐底來說90kPa（G）壓力值也未達(dá)到設(shè)計條件下強(qiáng)度試驗(yàn)要求。建議采用如下試驗(yàn)方法：首先向罐中充水到液位7.9m；然后向罐頂空間注入空氣使壓力達(dá)到0.0023MPa（G）進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，合格后把氣體放掉再關(guān)閉頂蓋各閥門和放空口并從罐中向外抽水直到罐頂真空達(dá)到－0.0005MPa（G）進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。

2.4 計算

2.4.1 忽視容器上接管和各種附件引起的局部應(yīng)力的問題

容器的接管上，由于管系的重量，特別是熱膨脹，往往存在很大的載荷。容器的腿式支座、支承式支座和耳式支座，由于重量、風(fēng)載、地震或熱膨脹等因素，也可能在它們與容器的焊接處產(chǎn)生很大的載荷。各種附件，如管道、梯子、平臺或懸掛設(shè)備的支耳，尤其支耳的力臂較長時，也會形成很大的載荷。另外，設(shè)備吊耳的載荷往往也是很大的。這些載荷在容器壁中均會引起局部應(yīng)力，特別是當(dāng)容器大而薄時，引起的局部應(yīng)力可能是致命的。忽視這些局部應(yīng)力的校核，可能給容器的安全帶來嚴(yán)重后果。

2.4.2 當(dāng)液柱靜壓超過設(shè)計壓力5%時，臥式容器元件設(shè)計不考慮液柱靜壓的錯誤

某臥式容器φ4000，液位高3 000mm，設(shè)計壓力為0.4MPa，液體重度ρ＝0.0015kg／cm3，筒體和封頭元件的設(shè)計壓力取為0.4MPa是不對的。筒體元件的設(shè)計壓力應(yīng)取p＝0.4＋300×0.0015×0.0981＝0.44MPa。因液柱靜壓已超過設(shè)計壓力5%，故按GB150規(guī)定，筒體和封頭元件的設(shè)計計算壓力應(yīng)加靜壓后計算才對。

2.5 管理制度

按照壓力容器設(shè)計單位有關(guān)管理制度的規(guī)定，各壓力容器設(shè)計單位應(yīng)制定技術(shù)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)計劃，并應(yīng)經(jīng)常定期檢查培訓(xùn)學(xué)習(xí)計劃的實(shí)施情況。有計劃地安排設(shè)計人員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)工作，可以采用“請進(jìn)來”，“走出去”的辦法，使設(shè)計人員深入壓力容器制造廠和使用單位，結(jié)合設(shè)計學(xué)習(xí)加工工藝，質(zhì)量檢測、安裝、操作維修、檢修等工程實(shí)踐知識，對于不斷提高設(shè)計人員的設(shè)計水平和設(shè)計質(zhì)量十分有效和必要的。

3 結(jié) 語

作為壓力容器的設(shè)計者，應(yīng)當(dāng)全面貫徹和理解國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在工作中，應(yīng)避免一些不應(yīng)該出現(xiàn)的錯誤，你的一個小小的錯誤就可能會釀成一場災(zāi)難性的事故。所以作為設(shè)計者在工作中要不斷的分析、總結(jié)、學(xué)習(xí)。同時，行業(yè)內(nèi)部應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)交流，熟悉掌握各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，才會盡量不出現(xiàn)原則性錯誤，設(shè)計者的業(yè)務(wù)水平才會得到提高。

［1］ GB150－2011壓力容器［S］

［2］ TSG R0004－2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］

［3］ HG20853－2011鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定［S］

［4］ GB6653－2008焊接氣瓶用鋼板和鋼帶［S］

［5］ JB／T4736－2002補(bǔ)強(qiáng)圈［S］