淺談壓力容器設(shè)計(jì)注意的幾個(gè)問(wèn)題

張同勝 李 霄 單伯超

山東聯(lián)盟特種裝備有限公司

淺談壓力容器設(shè)計(jì)注意的幾個(gè)問(wèn)題

張同勝 李 霄 單伯超

山東聯(lián)盟特種裝備有限公司

在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的現(xiàn)代社會(huì)，技術(shù)人員越來(lái)越注意到壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程的重要性。壓力容器在目前的運(yùn)輸和存儲(chǔ)等方面應(yīng)用十分廣泛，如何改進(jìn)壓力容器的設(shè)計(jì)水平也始終是研究者所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)必須采用嚴(yán)格的技術(shù)要求，在頒布的新規(guī)定的指導(dǎo)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(xiàn)的問(wèn)題，從而使壓力容器的具有優(yōu)異的性能。鑒于此，本文主要分析壓力容器設(shè)計(jì)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

壓力容器；設(shè)計(jì)；問(wèn)題

1、概述

壓力容器指的是用來(lái)盛裝氣體或者液體，并具有一定壓力的密閉性容器設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)及科技的迅猛發(fā)展，壓力容器的種類(lèi)日漸增多，依據(jù)承壓等級(jí)來(lái)劃分，壓力容器可以分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器；依據(jù)盛裝介質(zhì)來(lái)劃分，壓力容器可以分為易燃有毒、非易燃無(wú)毒以及劇毒等；依據(jù)制造工藝來(lái)劃分，壓力容易可以分為換熱容器、反應(yīng)容器、貯運(yùn)容器和分離容等類(lèi)型。

2、壓力容器設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題

2.1 忽略壓力容器常規(guī)的使用壽命

近年來(lái)，壓力容器的使用年限逐步成為國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)，應(yīng)盡量避免因壓力容器使用超限而造成安全問(wèn)題出現(xiàn)。《固容規(guī)》有著非常明確的規(guī)定：在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)單位必須對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限予以重點(diǎn)標(biāo)注。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，大部分設(shè)計(jì)單位對(duì)這項(xiàng)規(guī)定并未嚴(yán)格執(zhí)行，忽略了對(duì)壓力容器使用年限的標(biāo)注，同時(shí)部分使用者雖然注意了壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限，但在實(shí)際操作過(guò)程中憑借自身經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其使用年限進(jìn)行任意延長(zhǎng)。

2.2 設(shè)計(jì)人員錯(cuò)誤估計(jì)了材料的變化

材料的使用是壓力容器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。依據(jù)壓力容器使用工況、制作工藝及實(shí)際需求，其制造材料也不盡相同。加上，受力情況不同、腐蝕程度不同對(duì)材料造成的影響也不同。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，壓力容器的設(shè)計(jì)人員需要對(duì)這些影響因素進(jìn)行綜合考慮，一旦選用材料出現(xiàn)變化，那么其受力情況及其他指標(biāo)也會(huì)相應(yīng)地出現(xiàn)變化，需要重新計(jì)算。部分設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為增加材料厚度就會(huì)提升容器的承壓能力，實(shí)際并非如此。材料厚度增加，殼體的受力就會(huì)從平面應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，極易導(dǎo)致殼體變脆，甚至出現(xiàn)斷裂危險(xiǎn)。

2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程中的熱處理問(wèn)題

多數(shù)情況下，鋼板冷成型受壓元件需要經(jīng)過(guò)一定的熱處理工藝。例如，所盛裝的液體具有較強(qiáng)的毒性和腐蝕性時(shí)，合成鋼在成型后會(huì)降低一定的厚度，要想成型變形率達(dá)到相關(guān)指標(biāo)的要求，就必須采用熱處理工藝，確保材料原本性能的恢復(fù)。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)對(duì)容器壁和封頭的熱處理進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，卻忽略了接管處的熱處理，導(dǎo)致材料變形的情況出現(xiàn)，無(wú)法達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3、對(duì)壓力容器在設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題的防范措施

3.1 針對(duì)使用年限問(wèn)題的防范措施

就這個(gè)問(wèn)題而言，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)壓力容器的過(guò)程中，理解并掌握與壓力容器的設(shè)計(jì)有關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加大力度研究壓力容器的使用壽命問(wèn)題，采用高科技方法以及先進(jìn)的技術(shù)，觀察影響壓力容器使用年限的主要因素，進(jìn)而既科學(xué)又準(zhǔn)確地估計(jì)出壓力容器的使用年限，防止估計(jì)的使用壽命變短或者變長(zhǎng)，增加工廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)收益，達(dá)到真正的安全性生產(chǎn)。

以下幾個(gè)方面是具體地估計(jì)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(yán)重的腐蝕，則使用時(shí)間會(huì)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(biāo)。設(shè)計(jì)人員在合理計(jì)算容器的使用壽命時(shí)，需要考慮到材料的腐蝕速率。為了能夠更加精確以及科學(xué)地預(yù)計(jì)出容器的最大極限腐蝕裕量等數(shù)據(jù)，必須考慮到受到的外力的具體情況。

3.2 針對(duì)材料變化的防范措施

在設(shè)計(jì)壓力容器的過(guò)程中，不同階段對(duì)應(yīng)選擇不同的材料，設(shè)計(jì)時(shí)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(yīng)力增加，這嚴(yán)重影響了焊接部分的質(zhì)量。

由于鋼板厚度影響著鋼板的許用應(yīng)力，所以，設(shè)計(jì)人員采用“以厚代薄”的辦法對(duì)鋼板進(jìn)行替換，認(rèn)為能夠提高牢固性，事實(shí)上這樣的想法是錯(cuò)誤的。如果那樣做會(huì)很難預(yù)測(cè)壓力容器的應(yīng)力，得到錯(cuò)誤的估計(jì)的結(jié)果，誤差比較大，質(zhì)量非常容易出現(xiàn)問(wèn)題。所以，為了獲得準(zhǔn)確性的預(yù)計(jì)結(jié)果，在壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)要防止換板的現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 針對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)熱處理的防范措施

壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)的問(wèn)題也包括熱處理的問(wèn)題，在對(duì)厚度是20mm以及直徑是400mm左右的低合金鋼的壓力容器進(jìn)行接管設(shè)計(jì)時(shí)，最好的是設(shè)計(jì)成無(wú)縫鋼管。當(dāng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有留意到熱處理的問(wèn)題時(shí)，壓力容器的各個(gè)功能會(huì)受到影響，導(dǎo)致接管過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題。

通常情況下，硬度較大或者厚度過(guò)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(jìn)行冷卻卷曲工作后，其具有很大的變形幅度，硬度會(huì)因此而發(fā)生很大程度的改變，原因是由于塑性的急劇降低和內(nèi)應(yīng)力的變大導(dǎo)致容器不能正常工作，更有甚者產(chǎn)生少許的裂痕，壓力容器的安全性受到極大的挑戰(zhàn)。因此，就厚度很特別的鋼板，為了使鋼板的塑性、強(qiáng)度以及硬度得到提高，退火工藝必須在冷成型過(guò)后進(jìn)行。

總之，壓力容器在許多的企業(yè)和工業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，尤其是與石油或者化工相關(guān)的企業(yè)，因此，壓力容器在工業(yè)中具有極其重要的位置。由于我國(guó)在壓力容器方面的技術(shù)還不夠成熟，設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)會(huì)發(fā)生不少的問(wèn)題。從容器的設(shè)計(jì)到制造再到調(diào)試安裝，各個(gè)步驟都必須符合可靠性要求。壓力容器的設(shè)計(jì)人員要有扎實(shí)的相關(guān)知識(shí)，可以很好地把握壓力容器在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并防止問(wèn)題的產(chǎn)生。

[1]丁海超，李京富，張麒.淺談壓力容器設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的問(wèn)題[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，(17)：228.

[2]李鴻雁.淺談壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題[J].黑龍江科技信息，2015，(19)：68.

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