壓力容器設計若干技術問題分析

王春艷（天津市禾厘油氣技術有限公司 天津市300451）

前言

在我國，對于工業上使用的壓力容器設計有著詳細的規定，一直以來始終存在一部分技術上的難題，有待技術工作者的解決，這是由于我國所提出的技術規定都是從整個行業的角度出發，比較籠統的介紹了相關標準，并沒有考慮到對于不同規格的壓力容器的設計，設計的內容較為寬泛，需要具體問題具體分析。對于這種現象，設計人員在解決設計問題時，需做到具有針對性，全面、系統、綜合的考慮在設計上可能存在的不足，并以此作為分析的切入點逐漸的修改設計方案，最終符合設計的目標。

一、通用技術簡介

1.平蓋接管開孔補強的計算標準

壓力容器的上部需要在制造時留有一個圓孔，且在受到拉力的作用時，開孔邊緣極易產生一種較大的應力，其力量的大小約為基本應力的兩倍以上，因此在設計壓力容器的過程中，需要在容器的外部利用某些元件，加大平蓋外部的壓強，以便對壓強進行足夠的補充，分散過于集中的應力。平蓋的接管部分需要將內插管與兩側的焊接結構相互結合，補充壓強的大小取決于開孔的直徑。

圖1-1 接管與平蓋連接示意圖

在平蓋設計的過程中，平蓋的接管外徑與兩倍的間隙的距離之和組成了頂部鉆孔的直徑，對于這樣的孔徑選擇，是有條件限制的，這種設計的選擇只適用于非焊透連接。平蓋設計的另一種形式就是全焊透連接，當采用這種焊接形式時，由于兩個元件已經逐漸合成為一個整體，開孔的直徑計算需要考慮到附加量的大小。因此，我們可以得出當平蓋頂端的開孔基準直徑變小以后，用于發揮補充壓強作用的材料厚度也相應變薄。

2.標準厚度容器其法蘭厚度的計算

在壓力容器設計的有關規定中，已經明確指出當選擇使用J B 4700-4707這種型號的容器的法蘭時，可不用將其數值考慮到設計之中。但是對于另外兩種型號的壓力容器，即管殼式換熱器和塔器的設計過程，都必須注意到容器的附加法蘭值對容器制造所造成的影響。對于管殼式換熱器來說，主要是在其固定管板的設計時，要充分考慮到與法蘭墊片相關的參數與管箱法蘭之間的核算關系；而對于由塔節構成的塔器而言，法蘭的數值的計算依據主要是塔節所連接的法蘭在疊加了由于地震或者風形成的荷載力，進而導致當量壓力轉換后的情況下，憑借法蘭強度的變化而計算出來的，以此方法計算出的法蘭值，常會遇到厚度不夠的問題。

二、幾種不同類型壓力容器常見的技術問題

1.臥式容器

臥式容器鞍座位置的設計問題。臥式容器是工業生產中較為常用的一種壓力容器，它的設計結構大多采用雙鞍式支座結構，其中對于支座的設計有著更加具體的要求，有關規范中指出:支座的中心位置與封頭切線的垂直距離應滿足A≤0.5 R的條件，當不能滿足此條件時，其中A的值也應控制在0.2 L以內。在此公式中，A代表了支座底板的中心位置與封頭切線的垂直距離，一般以毫米為單位；R則代表了容器外殼的平均半徑，單位同上；L則代表了封頭處所形成的切線之間的距離。

根據這些條件的限制，可以看出容器鞍座位置的設計要滿足A≤0.5 R的條件的要求，從設計結構的角度來說，每個容器的設計都要符合這條規律，基本不存在其他特殊的情況，因此需要在設計時注意到這一點的限制。

2.塔式容器

對于“最大管線外徑”的確定問題。在塔式容器的設計過程中，其主要容易受到水平方向的風力所產生的載荷作用，進而導致容器的穩定性能受到一定程度的影響。塔體的強度決定了其穩定性，在計算塔體的直徑時，主要涉及到最大管線外徑，它主要平行的分布于塔體的外部，并對塔體起到很好的固定作用。該管線在迎風的一面會將其所承受的荷載力間接地轉向塔體，這也就意味著塔體的截面上所產生的軸向彎曲力會更大。由此可以看出所謂的“最大管線外徑”指的是分布于塔體上管口直徑最大的部分。有些設計者由于技術上的誤解，會在制造容器的過程中使用過多的材料，造成成本的增加。

3.管殼式換熱器

折流板與支持板的作用問題。在管殼式換熱器的設計過程中，需要注意折流板與支持板所發揮的作用的不同，二者在外觀形式上較為接近，不能單一的從外表加以區分，需要深入了解其作用與板的分布的特點。

折流板的作用在于對容器內部介質的流動狀態加以控制，改善換熱的效果。由于折流板之間的距離較小，無相變的換熱是其主要的應用方向；支持板的作用主要在于支撐換熱管，使其支撐的范圍控制在最大無支撐跨距之內，支持板之間的距離要大于折流板的間距，有相變的換熱是其主要的應用方向。設計者在這一問題上很容易發生混淆，想要杜絕此問題的發生，最根本的方法就是熟練掌握設計的技術，充分了解其不同的特點和性能。

結束語

壓力容器的設計過程既要保證加工的工藝水平，同時也要兼顧到技術上的安全性，只有按照國家所規定的規章制度，正規生產才能制造出質量符合標準、性能穩定、安全性能較高的壓力容器，從而達到很好的使用效果，本片文章主要介紹的是在化工行業所使用的壓力容器，在設計過程中由于對方案理解不當可能遇到的種種技術上的問題，并針對不同種類的壓力容器的性能和特點，給出了具有實際效果的解決方法，從而排除了壓力容器在設計環節所遇到的各種困難，保證了性能和安全性的統一，為我國今后壓力容器的設計做工作出了一定的貢獻。

[1]桑如苞.關于壓力容器法蘭標準若干問題的建議[J].化工設備設計,1997,（5）:24.