壓力容器設(shè)計存在的問題及解決措施

趙子亮(秦皇島東燕節(jié)能技術(shù)有限公司，河北 秦皇島 066206)

0 引言

在經(jīng)濟(jì)等方面不斷發(fā)展的時代背景下，我國從之前各個產(chǎn)品引進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕兄圃斓姆较颍鎸Ξ?dāng)前激烈的市場競爭環(huán)境，為了能夠確保企業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢的同時，推動我國國際影響力有效提高，那么就必須對產(chǎn)品質(zhì)量提出更高的要求。隨著我國石油以及化工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，壓力容器作為企業(yè)生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的部分，如果企業(yè)還是不了解壓力容器設(shè)計環(huán)節(jié)的重要性，那么就會導(dǎo)致易燃易爆的壓力容器因為設(shè)計質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，而造成嚴(yán)重的安全問題。對此，文章針對壓力容器設(shè)計存在的問題及解決措施進(jìn)行分析，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 壓力容器設(shè)計的要求

通過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了能夠做好壓力容器的設(shè)計工作，相關(guān)工作人員可以圍繞以下幾點要求進(jìn)行。第一，在進(jìn)行壓力容器設(shè)計過程當(dāng)中，所有的工作人員必須嚴(yán)格按照行業(yè)設(shè)計規(guī)范，將具體的設(shè)計制度全面落實到檔案內(nèi)容之中。第二，設(shè)計人員所設(shè)計出來的壓力容器，必須與企業(yè)實際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，只有控制好壓力容器的設(shè)計參數(shù)，才能在企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中，使得壓力容器的承壓性能顯著提升。第三，對于化工企業(yè)來說，其生產(chǎn)過程需要用到的材料大都具有一定的腐蝕性，再加上易燃易爆的特點，為了避免后期壓力容器使用過程中安全事故的出現(xiàn)，設(shè)計工作就必須圍繞壓力容器的安全性能展開。第四，不管是企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中所應(yīng)用的何種形式的設(shè)備，經(jīng)過一段時間的使用，必然會出現(xiàn)不同程度的磨損，而相對壓力容器來說，因為生產(chǎn)過程所應(yīng)用的腐蝕性的材料，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕，當(dāng)穿透壓力容器時，就會對容器的使用壽命造成威脅。對此，設(shè)計人員在實際設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中，就必須充分考慮壓力容器使用壽命延長的重要性，希望能夠發(fā)揮壓力容器性能的同時，盡可能的提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 壓力容器設(shè)計常見問題

2.1 經(jīng)濟(jì)性

為了保證企業(yè)在使用壓力容器過程中具備較高的安全性，設(shè)計人員所選擇的材料，就必須綜合設(shè)備承受溫度、壓力等的能力以及材料焊接等環(huán)節(jié)，同時，在調(diào)整壓力容器冷熱加工性能時，更應(yīng)該秉持經(jīng)濟(jì)性的原則進(jìn)行設(shè)計。從某種程度上來說，只有選擇高質(zhì)量的材料，才能夠提高壓力容器整體性能的同時，管控好壓力容器的造價。容器殼體方面的質(zhì)量作為設(shè)備總質(zhì)量中占據(jù)較大的比重，尤其是一些大型的壓力容器，保證殼體的質(zhì)量才是設(shè)備整體質(zhì)量有所保證的關(guān)鍵。由此來看，基于壓力容器基本性能的同時，設(shè)計人員所選擇的材料，應(yīng)該盡可能的投入較少的成本，而結(jié)構(gòu)尺寸的選擇秉持針對性理念的基礎(chǔ)上，確保殼體質(zhì)量有所提高，滿足企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷提高的同時，更能夠促使壓力容器設(shè)計工作順利完成。

2.2 材料

在設(shè)計人員對應(yīng)力跳擋要求較高的容器進(jìn)行設(shè)計過程中，因為該種類型的設(shè)備往往有著較厚的封頭，從本質(zhì)上來講，封頭的形成存在減薄量。與此同時，在后期生產(chǎn)過程中，對壓力容器進(jìn)行一定的加熱操作，也會有相對的減薄量出現(xiàn)。而身為壓力容器的設(shè)計人員，因為忽視了封頭以及筒體減薄量工作的重要性，基于制造視角下并沒有較多的減薄量形成，進(jìn)而導(dǎo)致材料的厚度明顯增加的基礎(chǔ)上，也對材料的應(yīng)力情況造成了嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致所設(shè)計出來的壓力容器并不能滿足企業(yè)實際的生產(chǎn)需求。

2.3 忽視設(shè)備使用壽命

在企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中所應(yīng)用的很多設(shè)備，自身往往都有著一定的使用周期，尤其是像壓力容器這種重要的設(shè)備，一旦投入到實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如果使用壽命明顯縮短，那么不僅影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)工作，也是企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)下降的根源。在開始設(shè)計之初，設(shè)計人員通常忽視了壓力容器使用壽命標(biāo)記工作，同時針對已經(jīng)投入應(yīng)用的壓力容器，更是沒有做好使用年限的標(biāo)記。基于該種現(xiàn)狀下，因為未能充分考慮到壓力容器的使用年限，在后期設(shè)計過程中，一旦壓力容器的壽命提前縮減，那么一定會影響到接下來人員選擇材料替換等設(shè)計工作。比較同一材質(zhì)下，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(qiáng)P=P1+P2=ρ液gh+mg/S。總之，為了能夠有效提高壓力容器的質(zhì)量，設(shè)計人員就必須制定合理的設(shè)計計劃[1]。

3 壓力容器設(shè)計常見問題的解決措施

3.1 材料的選擇

對于企業(yè)所應(yīng)用的壓力容器設(shè)備來說，因為其存在的特殊性，設(shè)計人員所選擇的材料，除了滿足高質(zhì)量水平之外，還需要保證材料能夠承受較大的溫度范圍。同時，為了能夠順利進(jìn)行壓力容器的焊接工作，設(shè)計環(huán)節(jié)所選擇的壓力容器材料，還應(yīng)該保持良好的焊接性能。最后，如果企業(yè)的經(jīng)濟(jì)條件較好，那么為了能夠加強(qiáng)壓力容器應(yīng)用過程的安全性，設(shè)計人員就必須嚴(yán)格按照要求，控制好設(shè)計的各項指標(biāo)，尤其是結(jié)構(gòu)性以及密封性的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 秉持區(qū)別對待的原則

在進(jìn)行壓力容器設(shè)計過程中，所謂的區(qū)別對待原則，簡單來說，正因為不同應(yīng)力的失效表現(xiàn)形式，盡管某些情況下，可能壓力容器處在相同的應(yīng)力當(dāng)中，但是卻因為不同的分布，自然會呈現(xiàn)不同的失效形式。對于壓力容器的應(yīng)用過程來說，一方面自身有著較大的重量，另一方面還需要承受外界環(huán)境等造成的壓力，而且后期生產(chǎn)過程還會有明顯的溫度變化情況，這些現(xiàn)象的存在都或多或少給予了容器一定的壓力。面對需要承擔(dān)的較多載荷，行業(yè)人士將多樣化的載荷情況劃分為初次應(yīng)力、二次應(yīng)力以及峰值應(yīng)力三方面。因為這幾種類型的應(yīng)力時而一起出現(xiàn)，有時卻單獨出現(xiàn)，所以我們說，再設(shè)計壓力容器過程中，設(shè)計人員需要秉持區(qū)別對待原則[2]。

3.3 優(yōu)化強(qiáng)度屬性

面對需要承受較大壓力的壓力容器，如果其有著較大的體積以及相對較厚的結(jié)構(gòu)層，那么設(shè)計人員此時的設(shè)計過程，不應(yīng)該應(yīng)用過去常見的Q245R 碳素鋼類型材料，如果設(shè)計人員沒有做到該點，那么就會導(dǎo)致壓力容器壁的厚度無限度的增加，進(jìn)而也不利于壓力容器的質(zhì)量。基于此種情況下，設(shè)計人員最好選擇低合金鋼類型的材料。但是，如果企業(yè)不需要壓力容器承受較大的壓力，在沒有對殼體壁厚度有著明確標(biāo)準(zhǔn)的情況下，那么設(shè)計人員則可以選擇碳素鋼材料。

3.4 重視設(shè)計細(xì)節(jié)

對于壓力容器設(shè)計細(xì)節(jié)部分，主要就是熱處理環(huán)節(jié)的工作。在開始設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該明確好整個設(shè)計的方向，加強(qiáng)對筒體工藝的重視。通過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的設(shè)計人員，往往對接管和封頭等的熱處理工作未能進(jìn)行妥善的編排操作，在忽視細(xì)節(jié)部分的同時，自然會導(dǎo)致設(shè)計方案存在較大的漏洞，最終促使壓力容器的使用壽命明顯降低。基于此，壓力容器的設(shè)計人員加強(qiáng)對設(shè)計細(xì)節(jié)部分的重視極為關(guān)鍵[3]。

4 結(jié)語

簡而言之，在我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的歷程中，各大化工和設(shè)備制造企業(yè)是重要的推動力量。面對當(dāng)前激烈的市場競爭環(huán)境，應(yīng)該加強(qiáng)對壓力容器設(shè)計細(xì)化部分的重視，優(yōu)化壓力容器的強(qiáng)度屬性，同時選擇高質(zhì)量的材料嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)展開設(shè)計工作，確保壓力容器具備較高的穩(wěn)定性能。