壓力容器設計常見問題分析及解決措施

林向紅，黃愛軍

（1.浙江省紹興金泰容器制造有限公司；2.浙江省龍盛薄板有限公司，浙江 紹興 312369）

壓力容器設計常見問題分析及解決措施

林向紅1，黃愛軍2

（1.浙江省紹興金泰容器制造有限公司；2.浙江省龍盛薄板有限公司，浙江 紹興 312369）

壓力容器設計中時分析其設計合理性成本以及使用的安全性，非常重要。分析了壓力容器設計常見問題，提出幾點提高壓力容器使用效率的方法。

壓力容器；設計；常見問題；應對方式

隨著壓力容器的使用量越來越大，對設計提出了更高的要求，要保證其使用的安全性，同時還要求經濟實惠，同時滿足這兩個方面，就要進行合理的設計，采取一個有效的、科學的方法設計壓力容器。而一個符合市場需求的壓力容器，不僅僅是要具備基本功能，同時其使用安全性也是使用者提出的要求。壓力容器設計中一般包含有結構、剛度還有強度、密封設計等設計內容。本文就壓力容器設計常見問題進行解剖，并提出幾點相應的處理措施。

1 壓力容器設計常見問題分析

1.1 經濟性

考慮其安全性能，針對材料的選擇，就要考慮設備溫度承受力、設計壓力、材料之間焊接，以及各個介質之間的特性，對于冷熱加工性能和容器結構進行整合分析，同時，還要分析其經濟性。壓力容器造價一般與設備材料和總體的質量有直接聯系。而在設備總質量中，容器殼體質量占有很大一部分，特別是包含有較大內容的容器，它的殼體質量占有設備質量的80%～90%。所以，在容器能正常使用的情況下，在利用材料方面，可以選擇一些價格比較低但同樣能滿足正常容器的使用，從而有效的降低成本。另外，還可以選用更為合理的結構尺寸，這樣可以降低整個殼體的質量，達到降低設備造價的目的，從而實現經濟合理性。

1.2 材料 許用應力跳檔

對壓力有比較高要求的容器，一般它的封頭是比較厚的，而封頭的形成存在減薄量。容器筒體在熱成型過程中，也會出現一定的減薄量。部分設計人員在進行這一環節的計算是，對封頭和筒體的減薄量沒有分析透徹，在制造過程中加入成形的減薄量，這樣就很容易增加材料厚度，直接降低材料的許用應力，設厚度不足，因此，設計人員在設計過程就要對厚板類型的材料的許用應力跳檔等問題進行分析。

1.3 非標法蘭設計

將《壓力容器法蘭》作為參考依據，使用的公稱壓力小于6.4MPa，而對應的公稱值直徑小于800ml；根據《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中的提出的標準，其中于較大直徑的法蘭，公稱壓力小于16MPa，公稱直徑小于200ml。但在實際設計操作中，針對容器直徑和設計壓力，一般已經超過了以上所說的指標，對于這一種現象，設計法蘭時，對其結構的尺寸要經過精確計算，以滿足強度方面的要求。

1.4 忽視設備使用壽命

一般對任何一個產品的壽命均有要求，特別是像壓力容器這樣設備（圖1），對其使用壽命有著更高的要求，壽命太短會直接增加生產成本，一般對容器壽命的規定內容包括。在初步設計時，將有關單位標明好，并標注預計使用的年限，而對于使用過的器具同樣要做好標注，這一點往往很容易遭到忽視。對于設備使用年限的考慮，一般預計使用年限的做法，對使用年限做到一個把控，將對設備使用年限影響的因素考慮在內，比如哪一種優質材料能有效延長壓力容器的使用壽命，比較同一材質下，按照標準設計壓力容器底部是否會更加堅固，計算公式為：容器底部受到的壓強P=P1+P2=ρ液gh+mg/S，并且不一樣的設計方案對容器的質量也具有一定的影響，設計者要給予足夠的重視。

2 壓力容器的設計應對方式

面對新技術、新材料的不斷發展，給壓力容器的發展帶來一定的挑戰。客戶提出更高的技術要求，設計者不得不轉變之前的設計觀念，為了能最大限度滿足用戶的要求，可以通過合理的降低對應力計算嚴格度，可增加許用應力數值，有效提高設備的安全性，進一步的優化其設計，并采取以下幾項措施。

圖1

2.1 材料的選擇

壓力容器對使用材料的要求比較高，要有良好的溫度承受力，要具有較好的耐受力，就需要良好的焊接功能，并做好結構性和密封性工作，所有指標符合指標要求后，在經濟狀況允許的條件下，對使用安全性能進行優化。

2.2 秉持區別對待的原則

設計容器時要重視區別對待。不同的應力呈現的失效表現是不一樣的。有時即使位于同一個應力中，但是由于分布的有所區別，形成的失效表現也會有所區別。壓力容器中帶有許多負荷，像壓力容器內部以及外部形成的壓力，容器自身的重量（圖2），還有容器和外界間的溫度差、容器內部零件也會帶來一定的壓力，容器要承受多種負荷，而多種類型形成的負荷一般在容器上表現為三種力，一是初次應力，二是二次應力，三是峰值應力。三種應力有時會一起出現，有時候會單獨出現，所以，要分情況區別對待。

圖2

2.3 優化強度屬性

當對壓力容器承受力的要求比較高，而容器的體積又很大、結構層厚時，一般在這樣的情況下不需要采取傳統Q245R碳素鋼方面的材料，這樣反而會增加壁的厚度，無法達到理想的強度，可以使用低合金剛材料。如果對承受力沒有太高的要求，殼體壁厚度沒有具體要求，就可以采取一般的碳素鋼材料即可。將兩者區別的方法，就是計算壁厚厚度以8mm作為參考條件。壓力容器壁厚方面的計算公式：額定容積=額定裝載質量(噸)/密度(噸/立方米)。同時還會涉及到有效容積的計算方式：有效容積≤額定容積×110%。

2.4 重視設計細節

在進行設計時注重細節，在進行熱處理時，主要是在冷成型、溫成型的壓力容器元件方面，設計者在開展設計時，要對設備開展的主題做到心里有數，筒體工藝編排都要進行分析，但有時。很容易忽視接管和封頭及其附件進行熱處理工藝編排同樣考慮在內，未能將細節方面的處理好，設備設計容易出現短板，從而容器的壽命也并不理想，設備安全性無法得到保障，這對于后期使用帶來很大的安全隱患。因此，設計者在進行容器設計時，要重視設計中的細節處理。

3 結語

以上對壓力容器設計常見問題及應對方法進行了分析。根據設計者的設計水平，優秀的設計者，可對容器設備材料的選擇總結出最佳方案，并對容器內部結構設計以及有關的受力情況進行分析，并做好設備護理工作，延長容器使用壽命，增加其使用安全性，使得設計更具科學。同時，還有一個需要注意的問題，使用計算機設計方式和預計數據結果不作為參考，不能根據實際環境變化做出相對應的調整，這對于壓力容器使用時間還有使用者都會帶來一定的影響。所以，設計者要根據設計有關原則設計要容器，設計過程中，將所有的因素考慮在內，提高容器質量，保證其正常運行，從而有效的提高生產效率。

[1]王雅麗.關于壓力容器設計中常見問題及設計優化的探討[J].科技與企業，2013,5(22):369.

[2]李英鋒.低溫壓力容器設計常見問題分析[J].化工管理，2013,6(20):110.

[3]孟雅薇，葛志強.關于低溫壓力容器設計的若干問題的分析[J].科技創新與應用，2012,6(32):114.

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