壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題及防范策略淺述

張曉東

【摘 要】近年來(lái)，壓力容器隨著社會(huì)的發(fā)展而在工業(yè)生產(chǎn)各行各業(yè)中普遍應(yīng)用。由于壓力容器的特殊性，所以稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致爆炸等危險(xiǎn)性事故，從而威脅到人們的生命安全。因此國(guó)家相關(guān)部門(mén)及企業(yè)對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)工作必須重視，從而使容器質(zhì)量及性能提高。同時(shí)在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程中，必須要對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中存在的各種問(wèn)題不斷總結(jié)，以使壓力容器的設(shè)計(jì)工作完善。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；設(shè)計(jì)；常見(jiàn)問(wèn)題；防范策略

引文

在投入使用之前要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢測(cè)等過(guò)程，從而保證設(shè)備正常運(yùn)行。其中對(duì)整個(gè)容器使用性能等各方面產(chǎn)生重要影響的就是壓力容器設(shè)計(jì)合理與否。因此壓力容器設(shè)計(jì)必須遵循原則與要求。由于各種主客觀限制性因素影響，其設(shè)計(jì)工作仍然有不少問(wèn)題存在。

一、壓力容器

（一）壓力容器的概念

工業(yè)上的壓力容器，是指盛裝液體或者氣體的、并且需要承載一定壓力的密封容器，屬于特種設(shè)備。壓力容器在工業(yè)上的應(yīng)用有著諸多種分類，根據(jù)不同的角度來(lái)看，大致可分為以下幾類：①按所承受壓力的不同分為低壓容器、中壓容器和高壓容器、超高壓容器；②根據(jù)盛裝介質(zhì)可分為非易燃容器、無(wú)毒容器；易燃容器或有毒容器、劇毒容器；③在不同工藝過(guò)程中的不同作用又分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和貯運(yùn)容器。反應(yīng)容器應(yīng)用于為介質(zhì)提供物理、化等反應(yīng)；換熱容器應(yīng)用于完成介質(zhì)的熱量交換；分離容器是將介質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行交換，將氣體凈化，使固體、氣體、液體進(jìn)行分離的容器；貯運(yùn)容器用于盛裝液體或者氣體物料，幫助貯運(yùn)介質(zhì)或者平衡、緩沖壓力的容器。

（二）壓力容器的設(shè)計(jì)要求和原則

壓力容器的設(shè)計(jì)大都是為了滿足不同用戶的需求，在了解壓力容器的使用環(huán)境、參數(shù)、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等內(nèi)容后，就可以制定出最佳的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出讓客戶滿意的壓力容器，因此在設(shè)計(jì)壓力容器的過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求和原則：（1）滿足工藝上的要求（2）確保容器的使用年限（3）確保容器的使用安全（4）確保容器有較強(qiáng)的靈活實(shí)用性。

二、壓力容器設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

一旦壓力容器發(fā)生安全隱患將會(huì)給企業(yè)和個(gè)人帶來(lái)多種危害，因此我們應(yīng)該時(shí)刻提高警惕，確保壓力容器產(chǎn)品的質(zhì)量、維護(hù)壓力容器的日常運(yùn)行和檢修，將企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)做到更加規(guī)范、科學(xué)、合理。在設(shè)計(jì)壓力系統(tǒng)的過(guò)程中常見(jiàn)的幾類問(wèn)題如下所示：

（一）壓力容器的設(shè)計(jì)使用年限問(wèn)題

壓力容器在使用的過(guò)程中有著一定的使用年限，一旦超過(guò)容器的使用年限，產(chǎn)品整體或者局部就會(huì)發(fā)生老化的問(wèn)題，對(duì)于高安全要求的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，一旦超過(guò)了使用年限而沒(méi)有更換產(chǎn)品，很容易發(fā)生安全隱患。我國(guó)在發(fā)布的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中提到了更換超過(guò)年限產(chǎn)品的規(guī)定，但是在實(shí)際的使用操作中，企業(yè)人員往往是看到了產(chǎn)品的年限，但還是沒(méi)有進(jìn)行更換，這就使得壓力容器的安全性降低。壓力容器的使用年限大都是在理想的情況下限定的，但在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中壓力容器容易受到溫度、介質(zhì)等的影響，使用年限并沒(méi)有達(dá)到理想情況下的使用時(shí)間。

（二）壓力容器材料代用后的設(shè)計(jì)更改問(wèn)題

產(chǎn)品的性能受到材質(zhì)的限制，材質(zhì)不同產(chǎn)品的屬性也就不同，壓力容器同樣也適用于這個(gè)道理。壓力容器在設(shè)計(jì)的過(guò)程中選取材料要受到多種因素的制約，譬如運(yùn)行的環(huán)境、客戶的需求、使用人員的不同、外觀等諸多方面。壓力容器應(yīng)用的環(huán)境十分的極端，需要耐腐蝕、抗壓力等多種功能，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。實(shí)際的設(shè)計(jì)中如果客戶要求降低容器材料的厚度，那么設(shè)計(jì)人員就要對(duì)變薄的壓力容器進(jìn)行測(cè)試，相反情況下，如果客戶要求增加容器的厚度，設(shè)計(jì)人員還要進(jìn)行一系列的測(cè)試，來(lái)滿足用戶的不同需求。

（三）壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中的熱處理問(wèn)題

在設(shè)計(jì)壓力容器的過(guò)程中，鋼板冷成型的受壓元件要進(jìn)行熱處理操作，使用熱處理工藝可以恢復(fù)材料的原本性能，但是在實(shí)際的操作中多數(shù)情況下設(shè)計(jì)人員往往要對(duì)壓力容器的殼體和封頭進(jìn)行熱處理，忽略了對(duì)接管的熱處理操作，很容易造成材料變形，不符合規(guī)定的情況。

（四）關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)中分氣缸和儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題

在壓力容器的分氣缸設(shè)計(jì)中，其出氣口和進(jìn)氣口之間的有效距離經(jīng)常容易被忽視。而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)相應(yīng)的具體工藝參數(shù)使出氣口和進(jìn)氣口的距離得以準(zhǔn)確定位是非常重要的環(huán)節(jié)，另外控制好分氣缸的開(kāi)口和環(huán)焊縫之間的距離也有著重要作用，能夠減小局部應(yīng)力的影響以更好地保證分氣缸的正常運(yùn)作。儲(chǔ)氣罐作為壓力容器中的重要組成部分，對(duì)其材料的設(shè)計(jì)也是極其重要的，不能盲目追求抗壓能力，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量將罐體長(zhǎng)度和直徑的比值控制在設(shè)計(jì)的要求內(nèi)。

三、壓力容器設(shè)計(jì)中問(wèn)題的防范策略

為了控制上述設(shè)計(jì)壓力容器中的常見(jiàn)問(wèn)題，確保企業(yè)的運(yùn)營(yíng)安全，需要對(duì)以下幾方面進(jìn)行改善：

（一）關(guān)于壓力容器的使用年限的防范策略

首先要做的就是要求設(shè)計(jì)人員對(duì)壓力容器的使用年限進(jìn)行充分的分析，從源頭上降低發(fā)生安全隱患的概率；其次要做的就是根據(jù)壓力容器的組成材料，測(cè)算壓力容器的內(nèi)外部壓力、耐腐蝕能力等內(nèi)容，合理計(jì)算壓力容器的使用年限；然后進(jìn)行虛擬模擬，測(cè)量最惡劣的環(huán)境下壓力容器的使用期限；最后要做的是在圖紙上標(biāo)注可能出現(xiàn)操作不當(dāng)?shù)牡胤讲⒂枰跃尽?/p>

（二）關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)材料變更的防范策略

選擇組成壓力容器的材料時(shí)，對(duì)材料的屬性要進(jìn)行充分的測(cè)試，一旦出現(xiàn)客戶要求變薄容器材料時(shí)，可以不用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，這就要求設(shè)計(jì)人員要做到充分的實(shí)驗(yàn)，明確容器能夠承載多大的受力情況以及材料的最大減薄程度；假如用戶要求加厚材料，設(shè)計(jì)人員要實(shí)驗(yàn)出滿足壓力容器的拉應(yīng)力，避免出現(xiàn)干裂等情況。總之在設(shè)計(jì)壓力容器的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)自己所做的每一步都要高度重視，采取合理的措施解決可能遇到或者已經(jīng)遇到的問(wèn)題。

（三）關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問(wèn)題的防范策略

企業(yè)在生產(chǎn)壓力容器的過(guò)程中，為了節(jié)約成本獲取利潤(rùn)，常常會(huì)使用直徑φ377mm×20mm碳鋼或者低合金鋼進(jìn)行接管，盡管看似能夠達(dá)到理論要求，但是卻沒(méi)有注重?zé)崽幚淼墓に嚥僮鳌Ｌ间摶蛘吆辖痄摪褰?jīng)過(guò)冷卻后就能卷制成型，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理的操作后，鋼鐵內(nèi)部的微小晶粒很容易出現(xiàn)歪扭、破碎、裂紋的情況，可塑性也會(huì)下降。因此對(duì)于厚度很大的鋼板在冷卻加工后還要進(jìn)行結(jié)晶退火的熱處理操作工藝，更加科學(xué)合理的提升鋼板的強(qiáng)度、硬度和可塑性，更好的確保壓力容器的使用安全性。

（四）關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)中分氣缸和儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題

對(duì)于壓力容器設(shè)計(jì)中分氣缸的設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要應(yīng)該控制好出氣口和進(jìn)氣口之間的距離，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)容器的實(shí)際用途進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算確定其距離。對(duì)于儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)也要把握好材料和尺寸，罐體的長(zhǎng)度和直徑的比值必須設(shè)定在合理的范圍之內(nèi)，才能確保整體容器的使用性能。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的過(guò)程中，壓力容器已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域中的中流砥柱，占據(jù)著不可撼動(dòng)的地位，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。這就給設(shè)計(jì)人員提出了更加嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)人員要時(shí)刻謹(jǐn)記“安全第一，預(yù)防為主”的設(shè)計(jì)原則，全面科學(xué)的考慮壓力容器的安全性，將問(wèn)題從源頭上預(yù)防、解決，為人們的安全和國(guó)家的財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。

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