有關壓力容器設計主要問題與防范分析

鄧家凱

（龍杰機械裝備（太倉）有限公司，江蘇 太倉 215434）

有關壓力容器設計主要問題與防范分析

鄧家凱

（龍杰機械裝備（太倉）有限公司，江蘇 太倉 215434）

在壓力容器的設計過程中，壓力容器的制造成本以及壓力容器在進行生產時的安全特性受到容器的設計合理性狀況的影響。本文主要敘述了有關壓力容器的設計時出現的主要的問題，并對問題進行分析并提出對應的策略。

壓力容器；設計；主要問題；防范分析

壓力容器在許多的企業和工業得到廣泛的運用，尤其是與石油或者化工相關的企業，因此，壓力容器在工業中具有極其重要的位置。由于我國在壓力容器方面的技術還不夠成熟，設計壓力容器時會發生不少的問題。從容器的設計到制造再到調試安裝，各個步驟都必須符合可靠性要求。壓力容器的設計人員要有扎實的相關知識，可以很好地把握壓力容器在設計中出現的問題，并防止問題的產生。

1.壓力容器的介紹及設計要求

壓力容器是一種可以承受壓力的密封的裝置，其有儲存氣體、液體的功能。就現在而言，壓力容器的類別伴隨著社會的逐漸進步也變得越來越多。壓力容器按照不同的分類標準可以分為不同的壓力容器，如果按照壓力容器的所能夠承受的壓力的大小來劃分，壓力容器分為以下幾個類型：超高壓、高壓、中壓與低壓容器；如果按照壓力容器的所能夠存儲的物質來劃分，壓力容器分為以下幾個類型：無毒容器、有毒容器、劇毒容器等等；如果按照壓力容器的加工工藝來劃分，壓力容器分為以下幾個類型：熱交換、分離、貯運以及反應容器。由于采用不恰當的方法設計壓力容器，各行各業的壓力容器在使用中暴露出各種各樣的問題，產生了消極的影響。

當設計壓力容器時，設計人員第一步要做的就是確定容器的設計參數（客戶的要求），其次，分析壓力容器的結構以及制造材料的確定。與此同時，設計壓力容器并且繪制圖紙。在壓力容器普遍使用的情況下，設計容器應該考慮到安全性因數。因此，設計和生產的過程非常煩瑣，只有在滿足容器質量的基礎上，才能很好地發揮其功能與安全性能。設計壓力容器時應該符合以下的條件：

（1）滿足壓力容器的安全使用要求

通常條件下，壓力容器盛裝的物質具有一定程度的毒性、腐蝕性，更有甚者會引發爆炸，產生十分巨大的破壞，因此，設計的壓力容器一定要滿足安全性的要求。

（2）滿足壓力容器的使用壽命要求

壓力容器由于受到內部盛裝的物質的腐蝕以及外部環境的腐蝕會不斷老化。為了防止容器盛裝的物質的泄漏以及提高它的使用價值，容器設計人員可以運用一定的方法增大安全系數，使壓力容器能夠滿足使用壽命的要求。

（3）滿足壓力容器的工藝性要求

一般情況下，壓力容器在工藝生產、壓力溫度方面必須遵循一定的標準（如容器的壁厚、直徑等）。

尤其是石油與化工行業一定要符合以上的幾個條件。

2.研究壓力容器在設計中存在的常見問題

2.1壓力容器設計材料改變及使用年限問題

工業產品的性能很大程度上受到機械產品的材料的影響，不同的屬性的產品對應不同的材料。質量不佳的原材料將導致成品的各方面的綜合性能指標嚴重下降。同理，壓力容器也是這樣的，材料是壓力容器設計時的主要因素。壓力容器一般在非常惡劣的條件下使用，所以，其極易被其他的物質腐蝕等影響。施工的材料必須要在壓力容器的設計之前確定好。當各種各樣的因素在生產過程中產生不同情況的改變時，因此，也會使原有材料產生一定的變化（例如顧客要求的改變、生產壓力容器的制造商的改變等）。但是這些因素不能夠引起大多數的企業的高度重視，在條件發生變化時，一直遵循原有的材料選擇標準采用以前的材料，進而使容器產生許多的問題。材料在顧客的要求下增加其厚度時，相關的設計人員常常會忽視壓力容器材料變厚后會導致脆性斷裂的可能性，卻不再次進行考慮。

每一種用于生產的設備都具有一定范圍的使用期限，其不管是減少還是延長壓力容器的使用壽命的期限，這兩種方法都會造成企業的沒有必要的經濟上的損失。壓力容器的使用時間的范圍期限由文件《固定式壓力容器安全技術監察規程》具體地規定，其規定的內容是：當在對壓力容器進行設計和生產的時候，相關的企業必須在壓力容器的設計圖紙上標明該容器的估計的生產工作的使用的期限的范圍。然而，對疲勞使用的器具來說，應該標注好循環使用的次數信息。壓力容器設計人員在以前的一段時間常常忽視這樣的做法，不合理地對壓力容器的使用的壽命的期限范圍進行考慮。設計人員根據對壓力容器的設計過程的了解或者用普通的方法對使用的壽命期限范圍進行預測，前者是根據慣例的原則。由于沒有考慮到某些影響到壓力容器使用壽命的因素，則估計出的使用壽命期限會比實際情況變少或者延長。如：壓力容器的質量會因為設計方案的不同而不同，在材料相同的條件下，由規定的標準生產的壓力容器會更加耐用；在制造壓力容器的材料性能更加優異的情況下，壓力容器的使用壽命期限會變得更長。

2.2壓力容器設計熱處理及分氣缸、儲氣罐設計問題

由鋼板的熱處理有關文件能夠查找到：在普遍情況下，需要對鋼板冷成型受壓元件進行熱處理。例如，當壓力容器盛裝毒性非常強和腐蝕性也非常強的液體時，合成鋼的厚度在成型過后會減少，假如想要使成型變形率滿足相應的要求，必須進行熱處理工序使材料的原來的性能得以恢復。容器壁以及封頭的熱處理會引起壓力容器的設計人員的注意，然而，在大多數的接管處的設計過程中，相應的熱處理卻被忽視，進而使材料發生形變，不滿足有關的規定的標準。

3.對壓力容器在設計中存在的問題的防范措施

3.1針對使用年限問題的防范措施

就這個問題而言，設計人員在實際設計壓力容器的過程中，理解并掌握與壓力容器的設計有關聯的設計技術標準，加大力度研究壓力容器的使用壽命問題，采用高科技方法以及先進的技術，觀察影響壓力容器使用年限的主要因素，進而既科學又準確地估計出壓力容器的使用年限，防止估計的使用壽命變短或者變長，增加工廠的經濟收益，達到真正的安全性生產。

以下幾個方面是具體地估計壓力容器的使用年限的步驟，第一步就是弄清楚壓力容器的腐蝕狀況，如果壓力容器受到嚴重的腐蝕，則使用時間會極大地變短，腐蝕速度的快慢程度是材料的均勻腐蝕性能的指標。設計人員在合理計算容器的使用壽命時，需要考慮到材料的腐蝕速率。為了能夠更加精確以及科學地預計出容器的最大極限腐蝕裕量等數據，必須考慮到受到的外力的具體情況。

3.2針對材料變化的防范措施

在設計壓力容器的過程中，不同階段對應選擇不同的材料，設計時需要注意比較薄的材料改為厚的材料，這樣造成厚度不同的鋼板相互之間連接的結構不相同。其中，要特別注意加厚的封頭與殼體部分之間的相互連接，且加厚的封頭必須要進行削邊處理，除此之外，在筒體與管板的連接中，厚度急劇變化使得焊接接頭的應力增加，這嚴重影響了焊接部分的質量。

由于鋼板厚度影響著鋼板的許用應力，所以，設計人員采用“以厚代薄”的辦法對鋼板進行替換，認為能夠提高牢固性，事實上這樣的想法是錯誤的。如果那樣做會很難預測壓力容器的應力，得到錯誤的估計的結果，誤差比較大，質量非常容易出現問題。所以，為了獲得準確性的預計結果，在壓力容器的設計時要防止換板的現象的發生。

3.3針對壓力容器設計熱處理的防范措施

壓力容器的設計過程中出現的常見的問題也包括熱處理的問題，在對厚度是20mm以及直徑是400mm左右的低合金鋼的壓力容器進行接管設計時，最好的是設計成無縫鋼管。當設計者在設計過程中沒有留意到熱處理的問題時，壓力容器的各個功能會受到影響，導致接管過程出現問題。

通常情況下，硬度較大或者厚度過大的鋼板的塑性很差，厚度大但是直徑比較小的筒體鋼材進行冷卻卷曲工作后，其具有很大的變形幅度，硬度會因此而發生很大程度的改變，原因是由于塑性的急劇降低和內應力的變大導致容器不能正常工作，更有甚者產生少許的裂痕，壓力容器的安全性受到極大的挑戰。因此，就厚度很特別的鋼板，為了使鋼板的塑性、強度以及硬度得到提高，退火工藝必須在冷成型過后進行。

結語

總之，在科學技術突飛猛進的現代社會，技術人員越來越注意到壓力容器設計過程的重要性。設計壓力容器時必須采用嚴格的技術要求，在頒布的新規定的指導下綜合考慮影響壓力容器使用的可靠性的因素，并解決壓力容器出現的問題，從而使壓力容器的具有優異的性能。

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