壓力容器設(shè)計技術(shù)的研究

閔勇

摘要：壓力容器設(shè)計應(yīng)該是符合科學(xué)合理的原則的，但是在實(shí)際運(yùn)用中也難免會出現(xiàn)這樣或者那樣的問題。當(dāng)確立好標(biāo)準(zhǔn)與目標(biāo)之后，實(shí)際執(zhí)行起來誤差也是在所難免的，這就給壓力容器設(shè)計技術(shù)的實(shí)際使用帶來了一些困難，基于不合理的結(jié)構(gòu)，不規(guī)范的要求，在實(shí)際運(yùn)行時，會導(dǎo)致原材料的不必要的鋪張浪費(fèi)，嚴(yán)重的甚至?xí)＜暗饺松碡敭a(chǎn)的安全，引發(fā)事故隱患。本文基于此對壓力容器設(shè)計技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中可能會出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了深入研究，希望為設(shè)計優(yōu)化提供一些有參考價值的建議。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計技術(shù);研究分析

前言

壓力容器直接關(guān)系著國家與人民生命財產(chǎn)安全，它被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)與各行各業(yè)。伴隨經(jīng)濟(jì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，對于各行各樣承壓設(shè)備的要求也越發(fā)苛刻，要求越發(fā)具體。所以，在壓力容器設(shè)計工程中爭取不出一絲紕漏，成為了人們亟待要解決的問題，而對于規(guī)范上的要求也有所增加。但是從實(shí)際出發(fā)，可行性卻并不廣泛，單純有一些原則限制，甚至個別的跨度范圍廣，理解起來也較為困難，這就給設(shè)計人員增添了無形的挑戰(zhàn)，因?yàn)橄胍剐Ч硐牖?，?yīng)當(dāng)建立在對要求與范圍深刻理解的基礎(chǔ)之上。該篇文章結(jié)合當(dāng)前設(shè)計技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行深刻探討，希望最終可以達(dá)到理想水平。

1.平蓋接管開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算

因?yàn)樘厥庑枰覀円褕A孔設(shè)置在壓力容器的平蓋上，在對其進(jìn)行壓力擠壓的時候，由于壓力作用，致使圓孔周圍受到比平時多出幾倍的力量。根據(jù)以上這些的考慮，我們在實(shí)際設(shè)計時要盡量避免這樣的問題產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)積極想辦法克服難題，可以試著考慮增添補(bǔ)強(qiáng)元件或者增添平蓋的厚度，實(shí)踐證明，這兩種辦法都會收到不錯的效果。而我們的補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)該基于以下的準(zhǔn)則：使經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)后的平蓋彎曲強(qiáng)度和開孔前相一致[1]。如果補(bǔ)強(qiáng)用的材料與平蓋所用的材料一樣，那么經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)之后的平蓋抗彎截面系數(shù)應(yīng)與開孔前是一樣的，這就是我們區(qū)分平蓋的開孔補(bǔ)強(qiáng)和受內(nèi)壓殼體的開孔補(bǔ)強(qiáng)的辦法。

當(dāng)我們將壓力容器和外部元件連接在一起時，新的整體便誕生了，這直接影響了補(bǔ)強(qiáng)計算的結(jié)果，容易產(chǎn)生誤差，所以我們在實(shí)際設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)將平蓋要添加的厚度也計算在內(nèi)，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行計算甚至反復(fù)計算，而且計算也要實(shí)際考慮平高鉆孔的直徑的實(shí)際大小情況，基于科學(xué)合理的基礎(chǔ)之上加以計算。

2.標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭厚度的計算

容器在不同標(biāo)準(zhǔn)的前提之下設(shè)計的相應(yīng)規(guī)范也是不一樣的，雖然有些情況下我們可以將厚度不計入考慮范圍之列，換句話說就是我們可以不用計算法蘭厚度，但是這種計算也是要采取靈活應(yīng)對的辦法的。拿管殼的換熱器與由塔節(jié)組成的塔器舉例，這兩種在設(shè)計時都要求計算其的法蘭厚度，而計算出的結(jié)果又可以反過來驗(yàn)證厚度的存在與否。

標(biāo)準(zhǔn)長頸和焊容器的頸部法蘭厚度與強(qiáng)度的計算，在忽略腐蝕裕量以后的厚度，只可以將其看作是一個規(guī)范，據(jù)此開展核算工作，設(shè)計者在核算法蘭的強(qiáng)度時，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)存在顯著誤差，導(dǎo)致不符要求，為使其合格，設(shè)計者需要添加長頸的頸部法蘭厚度，事實(shí)上，這并不是我們想要達(dá)成的結(jié)果。我們上文提到法蘭容器的核算標(biāo)準(zhǔn)，也是經(jīng)過漫長的一段過程才形成的[2]。初時，依賴于總結(jié)前人成功經(jīng)驗(yàn)，這是一個經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)的過程，制定主要是根據(jù)優(yōu)勢劣勢的對比區(qū)分，我們通常所說的設(shè)計，是指設(shè)計者在遵照一定原則基礎(chǔ)之上，迎合利益躲避害處，使成本合理降低，并使質(zhì)量不斷優(yōu)化。

一般情況，法蘭材料還是比較抗用的，被腐蝕掉的概率不是很高。經(jīng)過總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，材料經(jīng)長期使用，法蘭也就被腐蝕差不多兩毫米，這也就意味著，基于此產(chǎn)生的事故很低，幾乎可以忽略不計，低于這個標(biāo)準(zhǔn)的時候，我們是可以大膽的進(jìn)行實(shí)用的。

我們國家在壓力容器方面對于法蘭的設(shè)計沒有很長時間，自上世紀(jì)六十年代起，主要通過華特爾氏法這一方法進(jìn)行計算，而針對于法蘭力矩與厚度關(guān)系，我們首要做的工作就是對前提條件的確認(rèn)，緊固件截面積和應(yīng)力是成正比的關(guān)系，所以設(shè)計者在計算時更要小心謹(jǐn)慎，以免出錯。在挑選緊固件時要格外小心，如果選取不恰當(dāng)會直接導(dǎo)致法蘭厚度計算時出現(xiàn)失誤。設(shè)計同時，設(shè)計者要將法蘭標(biāo)準(zhǔn)容許范圍作為第一考慮對象，并以此作為標(biāo)準(zhǔn)，挑選最為適合的緊固件，縮短法蘭的力矩，進(jìn)而使法蘭厚度的不足得以彌補(bǔ)。

3.對于錐封圓筒的連接處的分析

存在于錐封圓筒的連接處元件使用的比較多，如果當(dāng)元件的幾何形狀產(chǎn)生變動，在外部作用力也相對較大的時候，由于外壓作用會致使較大邊緣壓力產(chǎn)生，而當(dāng)這些壓力缺少引導(dǎo)和釋放空間的時候，會有超負(fù)荷現(xiàn)象產(chǎn)生，使得整個系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性岌岌可危，甚至有癱瘓的可能[3]。所以，我們對壓力容器設(shè)計規(guī)范進(jìn)行了相加說明：與錐封圓筒連接的容器，在一定條件作用下，例如外壓或者是真空，仍可以將錐封與圓筒視作獨(dú)立存在。此種規(guī)范明顯是把錐封圓筒連接處視作剛性的支承線，也就是說此連接處附近有效區(qū)域的截面的慣性矩應(yīng)當(dāng)大于或者等于其相對的剛性支承慣性矩，否則就要考慮加強(qiáng)段的引入了，或者是加強(qiáng)圈。

我們將錐封圓筒設(shè)計分析視作為一種有機(jī)聯(lián)系整體，每一步都很重要不可以進(jìn)行省略，但是有許多設(shè)計者籠統(tǒng)套用分件核算的方法，將錐封圓筒在連接以后的實(shí)際狀況忽視了，為了滿足相應(yīng)的剛性條件，在設(shè)計者實(shí)際計算時沒有考量錐封的長度細(xì)節(jié)，這是工作中的一個嚴(yán)重疏忽，投入使用后，由于壓力過大，連接處會因剛性不足進(jìn)而出現(xiàn)穩(wěn)定性方面的問題，甚至斷裂。

4.結(jié)語

伴隨科技的日益進(jìn)步與科技的不斷發(fā)展，如今的壓力容器設(shè)計技術(shù)也得到很大改善，現(xiàn)存的壓力容器各式各樣的都有，從技術(shù)層面出發(fā)，設(shè)計應(yīng)該將用途、安全性等方面綜合考慮，在制作時真正想到以后的使用情況，這是我們針對設(shè)計技術(shù)進(jìn)行研究的主要出發(fā)點(diǎn)，技術(shù)的研究是為人們更好的生產(chǎn)生活，造福于民?；诖说脑O(shè)計產(chǎn)物才最終會理想化，我們以上所說的問題雖然只是很小的一部分，但是都是前人認(rèn)真總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，希望可以切實(shí)可以幫助到大家。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛明德，黃克智，李世玉，壽比南.壓力容器設(shè)計方法的進(jìn)步[J].化工設(shè)備與管道，2010，06：1-13.

[2]岳偉.熱處理技術(shù)在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用探析[J].河南科技，2013，18：138.

[3]馬炳賢.壓力容器設(shè)計若干技術(shù)問題解析[J].硫磷設(shè)計與粉體工程，2011，06：1-6+1.