壓力容器設計存在問題及優化建議

李雪翠 孫向元 張世超

摘要：壓力容器作為一種承壓設備，在生產過程中發揮著重要作用，它的能否安全運行不僅關系著工業生產的經濟效益，更關系著人民的生命財產安全，所以壓力容器的設計有著極高的要求。目前，在壓力容器設計中存在諸多問題，導致企業在應用過程中存在安全生產隱患，基于此本文從分析壓力容器設計出發，提出有效措施。

關鍵詞：壓力容器;設計;措施

本文針對以上敘述的當前壓力容器設計方法中存在的問題，立足于理論分析，針對性提出壓力容器設計方法中難點、疑點的解決方案并建立改進型或新的理論方法，并應用相關方法應用到壓力容器設計當中，進而確保壓力容器安全可靠運行。

一、壓力容器的設計概述

壓力容器的分析設計方法主要包括應力分類法和直接法。直接法采用極限分析、塑性分析和安定性分析的方法直接對載荷加以限制。盡管分析設計直接法在壓力容器設計領域得到了廣泛地關注和應用，但基于彈性力學的應力分類法仍然是當今壓力容器分析設計的主流方法，工程設計人員也非常熟悉彈性應力分析方法。目前在工程上真正應用直接法進行設計的實例很少，由于基礎數據的缺乏和對新的設計方法沒有研究清楚，設計人員仍然偏向使用應力分類法進行設計。

應力分類法仍存在具有廣泛爭議的問題，比如如何從有限元計算所得總應力場中提取各類應力尤其是一次彎曲應力;應力線性化處理在三維復雜結構中的適用性;分析設計的實施要求較為苛刻，分類線的選取、建模細節的要求，分類線的布置位置和分解出的應力的分類等都具有一定的不確定性，這種不確定性反應在設計結果上，會存在設計結果偏不安全的情況。因此，本研究文針對應力分類法存在的問題進行改進。

二、壓力容器設計問題分析

2.1材料問題

在設計人員對應力跳擋要求較高的容器進行設計過程中，因為該種類型的設備往往有著較厚的封頭，從本質上來講，封頭的形成存在減薄量。與此同時，在后期生產過程中，對壓力容器進行一定的加熱操作，也會有相對的減薄量出現。而身為壓力容器的設計人員，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，進而導致材料的厚度明顯增加的基礎上，也對材料的應力情況造成了嚴重的影響，最終導致所設計出來的壓力容器并不能滿足企業實際的生產需求。

2.2經濟性問題

為保證企業在使用壓力容器過程中具備較高的安全性，設計人員所選擇的材料，就必須綜合設備承受溫度、壓力等的能力以及材料焊接等環節，同時，在調整壓力容器冷熱加工性能時，更應該秉持經濟性的原則進行設計。從某種程度上來說，只有選擇高質量的材料，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。容器殼體方面的質量作為設備總質量中占據較大的比重，尤其是一些大型的壓力容器，保證殼體的質量才是設備整體質量有所保證的關鍵。

2.3設備壽命問題

在企業生產當中所應用的很多設備，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備，一旦投入到實際生產環節，如果使用壽命明顯縮短，那么不僅影響了企業的正常生產工作，也是企業經濟效益持續下降的根源。在開始設計之初，設計人員通常忽視了壓力容器使用壽命標記工作，同時針對已經投入應用的壓力容器，更是沒有做好使用年限的標記。基于該種現狀下，因為未能充分考慮到壓力容器的使用年限，在后期設計過程中，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計工作。

三、壓力容器設計優化建議

3.1注重材料選用

材料是壓力容器的根本，所以在設計的過程中，一定要重視壓力容器的材料問題。壓力容器設計材料除了各種元素的含量必須要符合要求以外，也必須要符合國家相關部門提出的使用要求，根據國家的對壓力容器的質量規定，在制作好的壓力容器上印制相關的標志;在壓力容器的材料選用上，材料的供應商必須要向壓力容器的制造企業提供材料的合格證書，在合格證書中要注明材料的規格和其中添加的各種物質證書中還要有專門的鋼印，這樣才能保證壓力容器制造材料的合格程度;壓力容器設計材料還需要符合相應的力學性能要求，因為壓力容器在使用的過程中，會受到巨大的壓力，如果材料的力學性能不能達到要求，就可能發生吧爆炸的危險。

3.2重視使用壽命

要想保證壓力容器使用壽命設計的合理性， 設計人員必須 加強對其實際運用環境的考慮，增強其可靠性。同時，還應該在 充分研究使用材料的基礎上， 對壓力容器內/外部的壓力差與耐 腐蝕性能力等進行測算，獲得其腐蝕性承受程度，從而科學、合 理測算壓力容器的使用壽命。為提高使用壽命測算結果可靠性，相關工作人員應該對最惡劣的使用環境進行模擬。另外，設計人員還需要考慮使用者在實際運用過程中可能出現的不當操 作，以顯著方式標注在設計圖紙中，并對壓力容器使用條件進行改善，做好其承受力部件與壁厚參數等的測量工作，保證使用壽命制定的科學性、合理性。

結論

在壓力容器設計工作當中，必須結合實際情況，通過合理選擇材料，加強對使用壽命重視以及規范熱處理等措施，有效解決材料、壽命等問題，提高壓力容器設計質量與水平，提高壓力容器的安全性與可靠性。

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（山東海洋環保設備有限公司）