化工壓力容器設計不安全因素分析

楊 雷 陳清剛

（山東新華醫療器械股份有限公司，山東 淄博 255086）

在設計過程中對壓力容器的壓力和溫度進行控制是最重要的內容，需要根據相關的標準和規范合理把控化工壓力容器的溫度以及壓力，才能把控壓力容器的質量，讓其能夠在惡劣的環境中更加可靠和安全，所以必須要加強對壓力容器設計工作的研究，不斷提高設計質量，并根據企業的生產特點，不斷明確設計中的不安全因素，并排除相關的隱患，優化設計方法，才能讓壓力容器發揮其應有的作用，推動化工行業的長久穩定發展。[1]

1 化工壓力容器的分類

化工壓力容器分類可以按照容器的承壓強度進行分類，所以可分為超高壓型、高壓型、中壓型和低壓型這四類，也可以按照其中承載的物質進行分類，可分為有毒型、無毒型和劇毒型，對于分類和使用需求不同的壓力容器，在設計工作開展的過程中也是存在區別的，需要使用到不同的設計原理和設計方法，但是在設計過程中常常會產生一些問題，盡管對設計方法進行了區分，同樣也會發生一些問題讓壓力容器無法正常使用，給化工企業帶來經濟損失，影響其生產效率。

2 壓力容器設計的概述

在規則設計方法當中壓力容器的抗拉強度安全系數在2.7 左右，而如果應用分析設計方法，那么壓力容器的標準安全系數就會有所下降?；と萜髟谠O計之前一定要充分了解用戶對壓力容器的使用用途、應用環境以及用戶對安全系數的要求，這樣才能保證壓力容器的性能和質量符合使用要求，為化工企業的正常生產提供保障。

隨著我國科學技術水平的不斷提升，我國壓力容器的設計質量也在增加，性能不斷優化，降低了規范安全系數讓壓力容器變得更加方便，制造中使用更少的原材料，實現了綠色設計，為企業節約更多的成本提高經濟效益。同時為了讓壓力容器的安全性更高，也對壓力容器的焊接方法做出調整，對焊接過程中使用的原材料質量進行嚴格的把關，這樣有助于實現節能減排。壓力容器在設計過程中，必須要注意其綠色設計以及節能減排效果，在能夠滿足壓力容器的使用需求時，盡量先使用尺寸比較小的零部件，不斷降低壓力容器制造的難度，這樣還能夠實現材料的節約，并且更能夠符合當前化工企業的發展要求，這就需要不斷對設計過程和設計方法進行改進，確保壓力容器的質量不斷提高。[2]

3 對容器結構的合理設計

3.1 設備的整體結構

壓力容器設計是否合理不僅直接關系到壓力容器能否正常使用，還關系到壓力容器的生產成本以及其價值。工藝結構和整體結構設計是息息相關的，要確保工藝條件的經濟合理性才能更好地保證壓力容器的結構是合理的，同時能夠滿足用戶的使用需求。化工容器的外形需要在工藝條件允許的范圍內進行設計，選擇科學的長徑比，同時盡量選用標準系列直徑及采用標準封頭以及法蘭。設計中還要充分考慮在整體結構在制造時的簡便性，內部結構的安裝也一定要合理，且在制造完成之后能夠滿足檢驗要求，運輸起來也非常方便。設計時還要選取適宜的零部件，在滿足使用要求的同時又要注重其經濟效益，比如說容器法蘭，如果可以使用平焊法蘭就能滿足設計的要求，就不需要選擇使用成本較高的長頸對焊法蘭，這樣既能保證容器制造的合理性，同時還降低了生產成本。[3]

3.2 補強接管的設計

壓力容器的接管與殼體連接處是壓力容器出現安全問題比較多的部位，在生產制造過程中經常會在壓力容器上開孔，由于接管和殼體連接處的盈利比較復雜，所以其焊接的質量很難保證，在使用過程中容易受到破壞。補強計算過程中，盡量不要采用整體增加筒體厚度補強，而是應該根據實際情況使用其他的補強方法，確保壓力容器的輕便性，同時提高其經濟效益。比如說可以采用補強板結構、厚壁管結構等，不同的方式其成本也不同，一般設計中會首先考慮補強板結構，因為其一般情況下都能滿足設計要求且成本比較低，再就是厚壁管結構和其他結構。

3.3 技術要求的經濟合理性

技術要求是壓力容器質量的根本保證，這也直接關系到壓力容器在使用中的安全性。對壓力容器提出更高的技術要求，就會讓設計要求更高，成本也就變得更高，所以對于技術設計的每條要求都要進行慎重考慮，比如說檢驗、焊材選取、無損檢測等，其中無損檢測和熱處理是需要重點考慮的，因為無損檢測和熱處理的使用會大大提高制造成本，有些壓力容器在制造過程中本來是不需要進行這兩項操作的，但是由于設計人員的誤判，導致最終需要進行該二項操作，大大提高了壓力容器生產制造的成本，這就要求設計人員在設計時謹慎考慮，綜合多方面因素之后再下定論。

4 壓力容器設計不安全因素分析

化工壓力容器的使用環境是相當惡劣的，所以在設計要對其安全問題進行充分的考慮，當前很多化工企業在生產過程中只注重成本但是忽略了壓力容器的質量，這樣在生產過程中就會導致壓力容器的應用極不穩定，容易出現安全事故，且由于材料質量不佳，在承載腐蝕性、有毒有害介質時會受到腐蝕，使用壽命非常低下，下述幾點是壓力容器設計中常見的不安全因素。

4.1 容器使用年限因素

壓力容器的年限問題需要設計人員格外重視，提高壓力容器的使用年限，能夠有效避免因為超出使用年限造成的安全問題。但是企業為了降低生產成本，不注重壓力容器的壽命，很多壓力容器在達到使用年限后仍在繼續使用，其中的組件已經出現各種各樣的問題，這樣會給生產過程帶來極大的安全隱患。超出使用年限之后壓力容器設備的工作效率和性能都會下降，再加上在日常生產時，只重視對于壓力容器的使用，就算深知壓力容器的年限問題，也不注重日常的維修和保養。很多企業只要壓力容器不出現安全事故，就不會進行更換，更不會進行檢修，認為這樣能夠有效降低企業的生產成本，但是一旦出現安全事故帶來的損失將是無法挽回的，不僅會造成經濟損失，還會給工作人員的生命安全造成威脅。

4.2 材料選擇不合理因素

材料的質量和選擇合理性直接影響到化工壓力容器的質量，在選擇材料時應要確保材料能夠符合使用需求，且要保證材料應用的合理性，還要考慮其經濟因素，這樣不僅能保證壓力容器的質量，還能保證化工企業生產的順利進行。在設計過程中要充分考慮用戶的使用環境、安全系數等因素，再進行材料的選擇，保證壓力容器的材料能夠承受高溫、高壓且耐腐蝕，不要為了降低成本而壓縮材料的預算，應該重視材料的質量問題。[4]

4.3 熱處理技術問題

在壓力材料的設計雖然非常重視對容器的外殼和結構進行熱處理，但是忽略了對彎曲管道進行熱處理，會導致彎曲管道的性能不佳，使用中安全性得不到保障。相關規范中規定需要對鋼板冷成型或者變形量超標的鋼板進行預處理，在使用過程中壓力容器的鋼板會由于受到介質的腐蝕從而發生變形，這時就需要進行熱處理保證其性能和形狀恢復，設計人員一般對這項工作非常重視，但是對于彎曲管道來說設計人員容易忽略，就會導致彎曲管道出現變形、性能下降等問題出現。[5]

4.4 壓力容器制造變形問題

壓力容器在制造時會經過多道工藝，如在進行壓力容器的冷加工和焊接工序時，就有可能導致壓力容器出現形變，其使用性能受到影響。焊接期間溫度非常高，也會使壓力容器的罐體出現形變。在使用過程中由于使用方法上存在問題，也有可能導致壓力容器變形，甚至是出現裂縫。在制造期間加工工藝或者一些人為因素也可能會導致壓力容器變形，所以壓力容器的變形問題在各個階段都需要重視。[6]

4.5 壓力容器焊接問題

焊接工藝也是壓力容器設計中需要關注的一個問題，由于焊接工藝導致的壓力容器質量問題層出不強，像未焊透、未熔合、咬邊等問題都是在焊接中需要特別重視的，也會給壓力容器的質量造成很大的影響，導致壓力容器無法承壓，在使用時存在很大的安全隱患。

5 壓力容器設計的有效措施

5.1 使用年限設計

壓力容器設計過程中，需要對壓力容器的使用年限進行確定，使用年限需要綜合考慮壓力容器的制造材料、壓力容器的使用環境以及壓力容器中的介質等，然后確定一個明確的使用年限，確保壓力容器在使用過程中的安全性，降低安全事故發生的概率。設計人員需要對壓力容器的使用過程進行模擬，其中需要考慮到一些不確定的因素，對設計方案進行全方面的分析和優化。化工企業在使用化工壓力容器時，一定要重視其使用年限，并且注重對壓力容器的維修和保護，嚴格參照設計圖紙上標注的可能對使用年限造成影響的因素進行整改，超出使用年限的壓力容器一定要及時進行更換。

5.2 重視設計材料應用的合理性和質量

設計過程中一定要重視材料選擇的合理性以及對材料質量的控制，在設計時一定要綜合多方面因素考慮之后選擇適宜的材料，并且對材料的名稱、型號等進行標注。設計人員一定要結合用戶的實際要求進行材料的選擇，并且確保材料的質量能夠符合要求，讓制造過程更加的順利，確保設計方案的實用性以及合理性。有時還會出現需要變更設計的情況，這就需要根據當前的實際需求重新進行材料的選擇。當前壓力容器設計過程中選用多層包扎式氨合成塔筒體材料比較多，該材料具有成本低廉、使用效果好的優勢。

5.3 熱處理技術問題

設計過程中一定要重視熱處理技術的應用，合理考慮熱處理技術應用的地方。如果該使用熱處理技術的部分沒有使用，可能會導致其安全性降低，使用性能達不到要求。但是如果在不需要的地方使用了熱處理技術，就會導致制造成本的大大提高。如果壓力容器的鋁合金板和碳素鋼板的成型器件沒有接受熱處理就會導致材料內部出現應力集中的問題，無法滿足使用需求。對于熱處理技術中容易忽略的彎曲管道，需要相關設計人員提起重視，確保不會出現壓力容器不穩定的情況，讓壓力容器的安全性和可靠性得到有效的保障。[7]

5.4 制作形變問題的處理

由于每個過程的操作不當都有可能造成壓力容器的形變，所以在各項技術使用、制造和應用過程中，要注意形變問題給壓力容器質量造成的影響，減少壓力容器的形變情況。

5.5 對焊接過程進行控制

焊接過程中的高溫很容易造成壓力容器出現形變，所以需要對焊接工作進行設計。焊接工藝進行時，首先要進行整體的定位組裝，對所有零件的組裝過程進行模擬，之后再進行焊接。且在焊接過程中為了保證壓力容器受力均勻，需要對函接受縮量的數值進行控制。焊接過程中非常容易導致壓力容器的形變，反向預變形可以很好地避免這一問題。如果壓力容器還是出現了變形，就需要使用熱處理技術對壓力容器的變形位置進行處理。一般溫度過高就會出現焊接內應力，此時設計人員還需考慮是否需要在焊接之前進行熱處理，讓區域能夠達到焊接溫度并且減少形變。焊接是制造過程中的重要工藝，所以設計人員一定要對其進行妥善的考慮和設計，保證壓力容器的質量，避免在焊接過程中出現形變。

6 結語

綜上所述，壓力容器的質量對于化工企業生產的安全性意義重大，當前化工行業中很多領域都用到了壓力容器，這也對壓力容器的設計工作提出了更高的要求。設計人員一定要嚴格對其中容易出現的不安全因素進行把關，不斷優化設計圖紙，加大對于壓力容器設計的研究力度，為化工企業的生產安全性提供有力的保障。