壓力容器設計中的問題與策略研究

郭俊強

摘要：本文簡述了壓力容器設計的要求，對壓力容器設計中的常見問題進行了詳細分析，同時提出了相應的解決對策，以供參考。

關鍵詞：壓力容器設計；問題；策略

壓力容器在化工石油領域作為承載石油壓力的主要設備，容器的安全性與可靠性十分重要，壓力容器承載壓力的大小不一，進行的設計也不一樣，一旦設計上出現任何問題，都會對人的生命的安全性產生威脅，因此，壓力容器對于質量的要求極高。

一、壓力容器設計的要求

（1）相關設計部門需具備比較完善的質量保障制度，且具有較強的操作性和指導性，可以有效的應用和落實到具體的設計中；（2）壓力容器的設計必須滿足工藝生產的要求，其參數必須符合相關標準的要求，只有滿足以上因素的產品，才能夠保證該產品在運用過程中具有一定的承壓力；（3）由于化工行業中所用到的物料具有腐蝕性及毒性，且燃性較強，極易出現火災，甚至發生爆炸；因此，壓力器在運行過程中必須安全可靠；（4）壓力器投入使用之后一定要達到使用壽命，由于化工物料具有一定的腐蝕性，嚴重情況下會腐蝕并穿透壓力容器，因此設計人員需考慮運用何種手段確保壓力容器擁有較長的使用壽命，進而在一定程度上降低成本；（5）壓力容器需具有制作方便、操作簡單、維修方便等特點；這就需要設計人員注意到：一方面，壓力容器設計需更加的簡單、更加的容易制造、安全性更高；另一方面，壓力容器設計可以滿足特殊使用的要求，容器頂蓋可以隨意拆除，進而能夠隨時滿足各種需求，在極大程度上降低成本。

二、壓力容器設計中的常見問題

（一）熱處理問題

壓力容器設計過程中，在熱處理方面，應注意以下幾個問題：第一，對低合金鋼材料以及碳鋼材料，應當進行沖擊試驗，奧氏體不銹鋼材料以及變形率大于5%的材料，如低合金鋼材料以及碳鋼材料，均為冷成型受壓元件，對于這些材料，應在成型后進行熱處理，以達到恢復材料性能的目的；第二，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型后減薄量超過10%，需進行熱處理；第三，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型前厚度在16毫米以上的，需進行熱處理；第四，明確注明有應力腐蝕的容器，需進行熱處理；第五，容器中裝有高度、極度毒性危害介質的容器，需進行熱處理。但壓力容器的實際設計過程中，對容器殼體的相關標準要求，沒有給予足夠的重視，對成型的容器，也沒有進行二次熱加工，從而嚴重影響著壓力容器的質量與壽命。

（二）忽略正常使用年限

近年來，在壓力容器設計領域，業界越來越重視容器的使用壽命，必須采取有效的措施，來避免因超過設計使用壽命而導致壓力容器造成的安全問題。但現階段，壓力容器的實際設計過程中，明確標注壓力容器使用年限的企業很少，這顯示目前設計人員的考慮不夠全面、對相關規定標準不夠重視。除此之外，一些使用者，在壓力容器使用過程中雖然已經看到了設計使用年限，但為了降低成本、缺乏安全意識或者是出于其他考慮，仍然隨意延長壓力容器的實際所用年限。面對這樣的問題，壓力容器設計過程中，應綜合考慮壓力容器使用壽命的影響因素，包括腐蝕裕量、最大腐蝕速率等等，以科學確定壓力容器的合理使用年限，并明確標注。

（三）材料方面存在的問題

材料在很大程度上影響著壓力容器的性能，因此，壓力容器設計中，應高度重視材料使用方面的問題。壓力容器實際設計過程中，應根據客戶要求、工藝條件以及壓力容器的使用工況等因素，合理選擇制作材料，這也就決定著，壓力容器的制作材料并不是一成不變的，而是隨著各種因素不斷發生改變的，這就給材料選擇增加了很大的難度。壓力容器的實際設計過程中，若是面臨材料厚度增加的現象，設計人員若沒有進行綜合、全面的分析，而是進行簡單分析、粗略計算，認為材料的承壓能力也會隨著厚度的增加而加強，便有可能導致殼體受力由平面應力狀態轉變為平面應變狀態，使得厚壁容器更容易出現平面應變脆性斷裂。

三、壓力容器設計中常見問題的解決對策

（一）熱處理對策

實踐表明，壓力容器設計過程中，對厚度20毫米、直徑400毫米的低合金鋼、碳鋼對接管，應設計為無縫鋼管。從理論上來看，雖然低合金鋼卷制可以滿足相關設計標準的要求，但若是不進行熱處理，便會給壓力容器的各項性能產生影響，從而給接管環節帶來諸多問題。具體表現在，若不對低合金鋼、碳鋼對接管進行熱處理，那么在鋼板冷卷之后，便會使得晶粒出現歪扭、破碎的問題。與此同時，鋼材冷卻變形后，硬度和強度得到了很大的提升，但其塑性卻大大降低，這對于壓力容器的制造帶來了較大的不便。直徑越小、鋼板越厚的簡體，在進行冷卷之后，發生變形的幾率也就越大，冷作硬化程度越高，大大增加了鋼板的內應力，降低了鋼板的塑性，加大了出現裂紋的危險性。通過采取再結晶退火的方法，降低鋼板的硬度、強度，加強鋼板的塑性，有利于優化鋼材的力學性能。

（二）使用年限問題的處理對策

設計人員在壓力容器設計過程中，應嚴格按照相關標準的要求，充分考慮壓力容器的使用年限。首先，充分考慮各種外部因素，如壓力容器的使用工況、介質、空氣濕度、溫度等；其次，考慮材料的耐腐蝕性，以內外壓力差、腐蝕速度等因素為根據，計算容器的耐腐蝕能力，確定壓力容器的合理使用年限，并標注相關注意事項。除此之外，對于使用者來說，對已經接近或超過設計使用年限的設備，應加強檢查，避免安全事故的發生。

（三）材料問題的處理對策

壓力容器材料一般情況下可以代用，將薄材料更換為厚材料的時候，會導致連接結構的變化，尤其是要注意殼體部分、加厚的封頭間的連接，有必要的情況下可采取削邊處理的方法。同時，管板、筒體的連接結構也有相似的問題，增加的厚度較大的情況下，還會導致焊接結構的變化，如殼體、接管之間的V型焊縫可能變成X型焊縫，從而可以降低焊縫填充量，也有可能減少焊接應力、殘余變形，增強焊接接頭的力學性能。

四、結束語

總之，壓力容器對我國國民經濟的發展起著至關重要的作用。因此，設計人員在對壓力容器進行設計時，必須嚴格按照其設計要求及國家的相關法律法規，從而確保壓力容器具有較好的安全性和可靠性，并通過不斷的提高設計人員的專業能力及水平，從而確保壓力容器的設計質量，確保壓力容器可以安全穩定運行。

參考文獻：

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