淺析壓力容器設計若干技術問題

高明明(蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司，江蘇蘇州 215133)

淺析壓力容器設計若干技術問題

高明明(蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司，江蘇蘇州 215133)

壓力容器的設計不僅僅關系到產(chǎn)品的制造以及檢驗環(huán)節(jié)的難易程度和運行費用，同時還直接影響到壓力容器產(chǎn)品的可靠性和安全性。本文簡要對壓力容器設計的重點內(nèi)容以及關鍵技術進行分析，以期對壓力容器設計技術問題有指導意義。

壓力容器；設計；技術問題

壓力容器是涉及到國家財產(chǎn)以及人民生命安全的特種設備，其在軍工、能源以及石化領域等多個國民經(jīng)濟支撐產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的應用。壓力容器和其他容器有著較為明顯的差別，壓力容器一般由法蘭、密封零件、開孔、接管、封頭、筒體以及支座等構(gòu)成，此外，在壓力容器的周邊還配備安全裝置以及測量儀表等，由于壓力容器內(nèi)部處于密封狀態(tài)，因此在一些特殊情況下易發(fā)生爆炸，由壓力容器造成的燃燒起火以及爆炸等會使人民的生命財產(chǎn)安全受到威脅，因此當前世界各國都將壓力容器列為重要的質(zhì)檢特種設備，其質(zhì)量檢測嚴格按照國家的法律法規(guī)以及行業(yè)的最新標準實行。隨著科學技術的不斷發(fā)展，對于壓力容器的要求也越來越高，因此，在壓力容器的設計階段進行嚴格把關是保證壓力容器安全可靠運行的重要前提。

1 壓力容器設計的重點內(nèi)容

在進行壓力容器的設計內(nèi)容制定時應該注意以下三點要求，第一，保證經(jīng)濟實用性，基于壓力容器的安全可靠性要求，其外部結(jié)構(gòu)通常設計為結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和檢修，在運行的過程中一旦出現(xiàn)超標缺陷或者其他問題能夠及時進行修復和消除，這樣做既能保證其實用性又能做到經(jīng)濟性；第二，確保其安全可靠，在石油化工以及軍工科研等領域?qū)τ趬毫θ萜鞯囊筝^高，其在運行的過程中必須承擔相應的壓力以及溫度等工況，由于壓力容器內(nèi)存貯了一定得能量，一旦內(nèi)部發(fā)生破壞將會帶來不可預計的嚴重后果；第三，確保其使用壽命，便于維修操作，影響壓力容器一個主要的因素是腐蝕，它會造成壓力容器穿壁甚至爛穿，因此壓力容器的設計階段就要充分考慮腐蝕性因素。

2 壓力容器設計的技術分析

2.1 計算平蓋接管的開孔補強

在進行一些特種作業(yè)時需要在壓力容器上進行開孔處理，但是由于在進行開孔處理時由于壓力的擠壓作用，其周圍的受力是平時的幾倍，為了解決由于開孔帶來的安全隱患問題，避免造成傷害應該進行計算平蓋接管的開孔補強，開孔補強的原則是應該保證平蓋進行補強之后的彎曲程度以及強度跟開孔前保持一致。當壓力容器跟外部的零器件進行連接后將會構(gòu)成一個新的整體，因此在進行壓力容器設計階段應該考慮到后期會增加多少厚度的材料，在進行重新構(gòu)造之后應該重新進行計算。

2.2 錐封圓筒連接處分析

在壓力容器錐封圓筒的連接處的元件比較多，當外部的元件幾何形狀發(fā)生改變時，在外部負荷的作用下將會產(chǎn)生較大的邊緣應力，如果這種壓力無法得到釋放將會導致壓力容器與外部的連接處出現(xiàn)超負荷的情況，在情況嚴重時會導致系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性遭到破壞。對于錐封圓筒而言，無論是真空還是外部壓力的情況下都應該視為一種單獨的器件，將其視為一個剛性物體，因此錐封圓筒周圍的有效截面積慣性矩應該大于剛性支撐的慣性矩才能保證其穩(wěn)定。錐封圓筒連接處應該進行科學有效的分析和計算，錐封圓筒的設計是一個完整連貫的組合，每一個環(huán)節(jié)都不能忽視，設計者應該充分考慮錐封圓筒的外壓長度，在實際運轉(zhuǎn)過程中如果外部壓力過大時將會造成其連接處出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

2.3 應力腐蝕設計技術

應力腐蝕是一個完整的腐蝕體系，其共同點是由于壓力容器的金屬材料在具有腐蝕性的環(huán)境下遭受到高拉力的作用而導致元器件損壞。為了避免應力腐蝕，設計者應該找到應力產(chǎn)生的根源，這樣在設計中才會具有針對性和專一性，不同的應力體系會受到不同的應力腐蝕環(huán)境，雖然起始指標存在差異性，但是其最終結(jié)果都一樣。在進行應力腐蝕設計技術中應該充分考慮到不同的環(huán)境應力所產(chǎn)生的不同腐蝕體系，同時還要進行減震、減輕設計。為了保證壓力容器的零件受到應力腐蝕應該選取抗應力腐蝕的材質(zhì)，改善腐蝕環(huán)境。

2.4 概率設計

概率設計是采用近現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計的方法，對壓力容器進行全面的安全以及經(jīng)濟性評估，失效的可能性大小能夠用來進行概率計算，此外，概率設計能夠有效的降低事故發(fā)生率，保障其安全可靠性，通過概率設計可以將壓力容器的各個零件進行科學合理的可靠性概率分配，這樣既能符合經(jīng)濟型原則，又能滿足整體要求。

3 結(jié)語

綜上所述，壓力容器是我國國民經(jīng)濟發(fā)展過程中必不可少的特種設備，在進行設計壓力容器時應該嚴格按照國家的相關法律法規(guī)以及最新的行業(yè)標準和規(guī)范進行設計，確保壓力容器安全可靠，在設計時及時發(fā)現(xiàn)問題，不斷進行方案的修改和完善，加強內(nèi)部經(jīng)驗技術交流，不斷通過學習總結(jié)提高設計人員自身的綜合素質(zhì)，確保設計的壓力容器能夠安全穩(wěn)定運行，避免出現(xiàn)原則性的錯誤。

[1]吳睿.應變強化壓力容器參數(shù)設計的研究[M].蘭州.蘭州理工大學出版社，2012.

[2]戚居良.壓力容器參數(shù)設計的研究[M].沈陽.沈陽工業(yè)大學出版社，2014.