壓力容器設計及制造過程中降低應力集中的措施

劉保江

摘 ?要：制造質(zhì)量、磨損和腐蝕、人為因素等。會導致壓力容器的安全事故，不僅影響安全生產(chǎn)，而且危及生命安全。在壓力容器的設計制造階段，需要制定詳細的工藝規(guī)程和設計生產(chǎn)的檢驗驗收標準，以保證壓力容器的制造質(zhì)量;在運行和使用階段，要建立相應的運行和安全管理規(guī)章制度，提高操作人員的技術水平和安全意識，避免人為因素造成的安全事故的發(fā)生。同時，要對壓力容器進行定期安全檢查和設備維護，確保壓力容器安全穩(wěn)定運行。

關鍵詞：壓力容器設計;制造過程;降低應力集中;措施

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石油能源在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。在石油工業(yè)發(fā)展過程中，壓力容器的應用越來越受到人們的重視。長期以來，我國高度重視壓力容器的應用和發(fā)展，逐步建立了相對成熟的壓力容器設計制造體系，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供了必要的基礎。

1壓力容器的應用特點

首先，壓力容器有極高的安全要求。在壓力容器的實際應用過程中，壓力容器需要儲存大量的易燃易爆氣體等高危物質(zhì)。如果壓力容器的安全性不足，很容易導致安全事故的發(fā)展，進而影響壓力容器的廣泛應用。其次，壓力容器對專業(yè)性要求高。壓力容器一般用于儲存特殊物質(zhì)，其中大量具有腐蝕性。不同的儲存材料對壓力容器的性能特性有不同的要求。所以對壓力容器的專業(yè)要求很高。此外，壓力容器需要許多不同的結構。為了充分滿足不同物質(zhì)的儲存要求，壓力容器需要設計多種不同的結構，以實現(xiàn)不同環(huán)境下不同物質(zhì)的良好儲存，從而增加了壓力容器的設計難度。

2壓力容器設計與制造的發(fā)展現(xiàn)狀

為了適應壓力容器未來的發(fā)展和應用，壓力容器的設計和制造一直是一個重點研究課題。我國一直高度重視壓力容器設計和制造的發(fā)展，并逐步建立了相對成熟的壓力容器設計和制造體系。

目前，壓力容器的制造工藝已經(jīng)成熟。現(xiàn)有的壓力容器制造工藝主要包括原材料驗收、切割、焊接、無損檢測、后處理等。經(jīng)過一系列工藝處理，可以保證制造的壓力容器完全滿足人們的需求。在壓力容器的制造過程中，其結構設計引起了人們的關注。壓力容器的結構決定其工作性能和壓力。如果壓力容器的結構設計不當，很容易造成制造質(zhì)量達不到安全使用壓力容器的要求。

3設計選材要點

3.1根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)和生產(chǎn)工藝要求確定材料類型

壓力容器廣泛應用于化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，其結構形式和對原材料物理、機械和工藝性能的要求是不同的。因此，在初步設計階段，有必要首先明確容器的運行條件，然后根據(jù)其運行溫度范圍、介質(zhì)特性、運行壓力等參數(shù)選擇材料，并與設計規(guī)范進行比較。其次，要結合原材料的采購成本和供應周期優(yōu)化材料的選擇，必要時選擇與設計標準推薦的材料性能相似的材料，并進行必要的試驗和分析，以確保替代材料的各項性能在壓力容器的運行條件下能夠滿足設計要求。

3.2基于局部應力分析的優(yōu)化設計和材料選擇

在壓力容器的管口和預留的檢修孔處，由于板上的開孔破壞了結構的整體性，導致局部承載力損失和應力集中。如果設計過程是基于避免這些零件的載荷大于材料屈服極限的原則，那么主體材料的厚度和容器殼體的直徑等參數(shù)就會過大。不僅浪費材料，還增加了加工和質(zhì)量控制的難度，增加了集裝箱的質(zhì)量，使運輸和吊裝更加困難。因此，應采用計算機技術分析壓力容器的應力集中和弱承載能力。一方面要準確計算開孔引起的殼體承載力損失，設計加固技術方案;另一方面，合理選擇壓力容器的壁厚等參數(shù)，局部采用高性能材料保證整個結構的承載力。

4壓力容器制造過程中的應力集中

4.1壓力容器制造過程中的應力集中分析

應力集中是彈性力學中常見的問題，也是影響脆性材料實際應用的主要問題之一。在物體應用過程中，如果物體有尖銳的形狀變化，如縫隙、孔洞等。，很容易產(chǎn)生應力集中。當這種現(xiàn)象發(fā)生時，物體容易產(chǎn)生疲勞裂紋等。在一些極端情況下，物體甚至可能在靜載荷下斷裂，直接影響物體的使用。所以要盡量避免應力集中。

在壓力容器制造過程中，很容易出現(xiàn)這種問題。壓力容器的制造需要大量的切割和焊接。如果處理不當，會在壓力容器上留下急劇的形狀變化，從而導致應力集中的發(fā)生。

4.2壓力容器制造中應力集中的影響因素分析

為了解決壓力容器制造中的應力集中問題，通過分析相關數(shù)據(jù)，總結了其影響因素：

（1）壓力容器的結構設計存在缺陷。在壓力容器的設計過程中，需要對其封頭等結構進行設計，以保證壓力容器的密封性。由于某些設計方案的不合理性，平頭等設計方案容易出現(xiàn)缺口，導致應力集中的發(fā)生。

（2）壓力容器制造工藝不完善。由于特殊情況下的應用要求，有些壓力容器需要制造成角形結構。如果這種結構處理不好，很容易造成應力集中。目前廣泛使用的加工方法不能完全滿足壓力容器棱角的制造，這也是重要的影響因素之一。

5壓力容器制造降低應力集中的方法

5.1壓力容器結構設計要點分析

壓力容器的結構設計是降低應力集中最重要的方法。根據(jù)應力集中的特點，在壓力容器的結構設計過程中，應根據(jù)壓力容器的實際應用要求，選擇合理的結構方案。一般來說，壓力容器的結構設計應首先采用旋轉(zhuǎn)殼體和模制封頭。這種結構一般采用集成制造的方法，不易出現(xiàn)縫隙等漏洞，減少了應力集中的問題。

在某些情況下，壓力容器需要連接多個結構。為了避免連接過程中的應力集中，應盡可能減小不同結構之間的剛度差異。根據(jù)剛度差異的影響因素分析，應注意材料、曲率半徑、厚度等的選擇。在壓力容器設計過程中，結構制造應盡可能使用相同的材料，連接件的曲率半徑應盡可能保持一致。

5.2壓力容器制造工藝改進方法分析

除了優(yōu)化壓力容器的結構設計，還需要改進其制造工藝，以減少壓力集中的發(fā)生。

目前，焊接仍然是壓力容器制造中不可缺少的一部分，也是保證壓力容器制造質(zhì)量的重要因素。在焊接過程中，如果不能控制超高等因素，很容易導致壓力容器結構不合理，進而產(chǎn)生應力集中。因此，在焊接壓力容器時，需要根據(jù)現(xiàn)有的技術手段嚴格控制超高。焊接工作完成后，應按有關規(guī)定對壓力容器的焊縫進行打磨。同時，為了保證壓力容器的使用質(zhì)量，有必要避免使用點焊等焊接方法制造壓力容器。

結束語

化工壓力容器的運行可靠性極高。在設計和選材過程中，應根據(jù)用戶的生產(chǎn)工藝要求，綜合考慮壓力容器的使用性能、制造工藝和操作維護難度，通過計算機技術準確測量各種設計參數(shù)，優(yōu)化容器的選材、結構和加工工藝。

參考文獻

[1] 王娜.壓力容器設計制造中的典型問題及對策[J].化工管理，2020（02）：128-129.