壓力容器設(shè)計(jì)壓力的合理確定

劉丹

摘 要：設(shè)計(jì)壓力是壓力容器的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，通過設(shè)計(jì)壓力的優(yōu)化，能夠促使壓力容器應(yīng)用的可靠性，能夠保證壓力容器的有效使用?；诖?，本文就壓力容器設(shè)計(jì)壓力的合理確定進(jìn)行分析，希望可以為壓力容器的設(shè)計(jì)壓力優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：壓力容器；設(shè)計(jì)壓力；合理確定

一、壓力容器的定義

壓力容器不同于一般常壓容器，應(yīng)當(dāng)同時(shí)對以下三個(gè)條件進(jìn)行滿足：

第一，容器的工作壓力應(yīng)當(dāng)為0.1MPa，指的是在正常工作的情況下，壓力容器頂部可能實(shí)現(xiàn)的最高壓力值。

第二，容器內(nèi)直徑為15mm，關(guān)于其直徑方面，非圓形截面指的是其寬度高度或?qū)蔷€，矩形指的是對角線，橢圓則指的是長軸。

第三，關(guān)于其工作介質(zhì)方面，可以為液化氣或氣體，亦可以為液體，其溫度不應(yīng)當(dāng)?shù)陀跇?biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)。

壓力容器具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，在許多個(gè)國民經(jīng)濟(jì)部門中，例如，能源、軍工、科研、石化等，該設(shè)備都發(fā)揮得至關(guān)重要的作用。通常來說，關(guān)于壓力容器的組成方面，主要有六個(gè)部分構(gòu)成，即筒體、法蘭、密封元件、接管和開孔、支座以及封頭。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對安全裝置、表計(jì)以及內(nèi)件進(jìn)行配置，各個(gè)內(nèi)件都具備不同的生產(chǎn)工藝作用。由于密封、承壓以及介質(zhì)等多方面因素，壓力容器比較容易產(chǎn)生爆炸、燃燒起火情況，一旦出現(xiàn)該情況，就會(huì)對有關(guān)工作人員、機(jī)械設(shè)備以及財(cái)產(chǎn)的安全造成威脅，并對周圍環(huán)境，造成一定程度的污染?，F(xiàn)階段，在世界各國的重要監(jiān)督與檢查產(chǎn)品中，都將壓力容器包括進(jìn)來，嚴(yán)格根據(jù)國家規(guī)定法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求與規(guī)定，通過國家制定專門機(jī)構(gòu)，來開展監(jiān)督檢查與技術(shù)檢驗(yàn)工作。

二、設(shè)計(jì)壓力的定義

在對壓力容器開展設(shè)計(jì)工作的過程中，應(yīng)當(dāng)對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，設(shè)計(jì)壓力屬于其中參數(shù)之一。設(shè)計(jì)壓力同相對應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度共同成為設(shè)計(jì)載荷條件，在確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、主要受壓抑原件材料的選擇、計(jì)算與評定應(yīng)力、劃分容器類別、提出相關(guān)制造與檢驗(yàn)技術(shù)要求、使用管理員定期檢驗(yàn)等各項(xiàng)技術(shù)工作的開展方面，設(shè)計(jì)壓力都發(fā)揮著重要的影響作用。

關(guān)于其定義方面，基本在所有的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)中，例如，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、GB 150.1、HG/T 20580、GB/T26929、GB151、JB4731、JB/T4710、NB/T47003.1、SH/T 3074-2007等，對其定義大致相同：關(guān)于容器基本設(shè)計(jì)載荷壓力條件方面，是指所設(shè)計(jì)容器頂部的最高壓力，加之，與之相對應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)壓力值應(yīng)當(dāng)高于或等于工作壓力。其中，在GB/T26929這一標(biāo)準(zhǔn)中，特別說明：針對某一特定操作工況設(shè)計(jì)情況，一，臺壓力容器或單獨(dú)的壓力腔（室），其設(shè)計(jì)壓力值只有一個(gè)。

三、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中設(shè)計(jì)壓力的確定

1.《固容規(guī)》

針對常溫儲存液化氣體的壓力容器而言，在對其設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)以規(guī)定溫度中的工作壓力為前提。針對常溫儲存液化石油氣壓力容器，在確定其規(guī)定溫度下的工作壓力的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)高于50℃，混合液化石油氣組分的實(shí)際飽和蒸汽壓來進(jìn)行，在相關(guān)的設(shè)計(jì)圖樣中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)將限定組分與對應(yīng)壓力進(jìn)行標(biāo)注。

2.GB 150.1

（1）針對裝有液化氣體的壓力容器而言，倘若保冷設(shè)施處于可靠狀態(tài)，在所規(guī)定的裝量系數(shù)范疇之中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)工作環(huán)境中，容器內(nèi)部介質(zhì)可能到達(dá)的最高溫度，來確定設(shè)計(jì)壓力。倘若保冷設(shè)施不處于可靠狀態(tài)之中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)有關(guān)法律規(guī)定要求與規(guī)定，來確定設(shè)計(jì)壓力。

（2）針對部分外壓容器而言，例如，液下容器、埋地容器、真空容器等，在對計(jì)算壓力進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)對正常工作環(huán)境中，可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差進(jìn)行考量。

（3）在對真空容器的殼體厚度進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)有關(guān)承受外壓，對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定；倘若其內(nèi)部對安裝控制裝置進(jìn)行安裝的情況下，關(guān)于設(shè)計(jì)壓力方面，可以對1.25倍最大內(nèi)外壓力差進(jìn)行選取，亦可以對0.1MPa二者中的低值進(jìn)行選取，在不存在安全裝置的情況下，應(yīng)當(dāng)選取0.1MPa。

（4）在壓力容器中，倘若壓力室組成個(gè)數(shù)不小于兩個(gè)的情況下，例如，夾套容器，應(yīng)當(dāng)對各個(gè)壓力室的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行分別確定；在對公用元件的計(jì)算壓力進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)對相鄰間的最大壓力差進(jìn)行考量。

3.HG/T 20580

（1）應(yīng)當(dāng)根據(jù)以下幾個(gè)原則，對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定：

第一，工藝系統(tǒng)專業(yè)或工程設(shè)計(jì)文件做出專門規(guī)定的情況下，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定來對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

第二，在設(shè)計(jì)載荷條件中，應(yīng)當(dāng)將設(shè)計(jì)壓力與相對應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度同時(shí)包括進(jìn)來；對有可能出現(xiàn)的各種工況進(jìn)行關(guān)注，通過最為嚴(yán)格的工作壓力與相應(yīng)溫度組合工況，來對容器設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

第三，在不配備安全泄放裝置的情況下，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)當(dāng)高于1.05倍的工作壓力；在配備安全閥的情況下，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)當(dāng)高于安全閥開啟壓力。

（2）針對帶夾套的真空容器而言，殼體計(jì)算外壓力應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)外壓加夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力相同。

4.SH/T 3074-2007

（1）在對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)定》或工藝系統(tǒng)的專門規(guī)定來進(jìn)行。

（2）針對多腔容器而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)各個(gè)腔的具體工況，分別對各個(gè)腔的的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

（3）針對盛有液化氣與液化石油氣的壓力容器而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，來對其設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。針對盛有液化石油氣的壓力容器內(nèi)為混合油氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)單位的工藝專業(yè)，來對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

5.GB 151

倘若元件同時(shí)承受管、殼程壓力作用的情況下，只有在確保管、殼程處于同時(shí)升降壓的情況下，才可以根據(jù)壓差進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則應(yīng)當(dāng)分別根據(jù)管、殼程工作壓力，來對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定，還應(yīng)當(dāng)對可能存在的最嚴(yán)格管、殼程壓力組合進(jìn)行考量。倘若根據(jù)壓差設(shè)計(jì)的過程中，關(guān)于壓差取值方面，還應(yīng)當(dāng)對壓力實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的最大壓差值進(jìn)行考量。

6.JB/T 4731

（1）設(shè)計(jì)壓力的取值應(yīng)當(dāng)高于操作壓力。

（2）在裝有超壓泄放裝置的臥式容器中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)GB150的相關(guān)規(guī)定，來對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

（3）針對裝有液化氣體、液化石油氣體的臥式容器而言，其設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)當(dāng)滿足《固容規(guī)》的相關(guān)規(guī)定。

7.JB/T 4710

（1）針對安裝有超壓泄放裝置的塔式容器而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)GB150的相關(guān)規(guī)定，對其設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定。

（2）在內(nèi)壓塔式容器中，但工作壓力不高于0.1MPa時(shí)，在對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)對高于0.1MPa的常壓進(jìn)行選取。

（3）應(yīng)當(dāng)根據(jù)承受外壓，來對真空塔式容器的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行考量。在裝有安全控制裝置的過程中，關(guān)于設(shè)計(jì)壓力方面，應(yīng)當(dāng)對1.25倍的最大內(nèi)外壓力差與0.1MPa兩者中的較低值進(jìn)行選取。

8.NB/T 47003.1

工作壓力應(yīng)當(dāng)?shù)陀谠O(shè)計(jì)壓力值，關(guān)于外壓容器的設(shè)計(jì)壓力方面，應(yīng)當(dāng)高于正常情況中，可能出現(xiàn)在殼壁內(nèi)外的最大壓力差。

結(jié)語：

設(shè)計(jì)壓力的優(yōu)化與合理確定，能夠?yàn)閴毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)提供重要參數(shù)，能夠保證壓力容器的可靠使用，從而保證壓力容器的進(jìn)一步改進(jìn)。相關(guān)人員人員更加需要從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，做好壓力容器設(shè)計(jì)壓力的合理確定，促使壓力容器不斷發(fā)揮更大作用。

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