化工壓力容器設計及不安全因素的研究

鄭順城(啟東神農機械有限公司，江蘇 啟東 226200)

0 引言

在現代科技發展的帶動下，壓力容器的應用領域越發廣泛，尤其是在化工行業的應用，對提高生產效率和經濟效益等方面有著積極意義。但影響化工壓力容器設計安全性的因素較多，包括壓力和溫度等因素。還需本著具體問題具體分析的原則，根據不安全因素采取有效的措施處理，確保化工壓力容器運行的安全可靠性，促使化工生產作業得以順利展開。

1 化工壓力容器設計要求

1.1 設計要求

化工壓力容器的設計需掌握客戶的實際需求和壓力容器的工作條件等。在其基礎上，規范選用制作壓力容器的材料，合理設計容器的結構形式。化工壓力容器的設計需求較多，在不能做到面面俱到的情況下，需合理取舍各種設計需求，確保壓力容器設計與實際化工生產需要的匹配度，促使壓力容器處于最佳運行狀態，滿足化工生產的效益需求。

1.2 設計方法

在設計壓力容器的實踐中，通常采取以下幾種設計方法，一是經驗設計方式，依據彈性設計準則與殼體薄膜理論及材料力學知識，合理計算受壓件的壁厚，屬于依據工作經驗展開設計和制作的方法。因此，在壓力容器的結構設計與材料及工藝的選擇過程中，需加強控制局部應力。從彈性失效問題入手，不斷提高許用應力的安全系數，科學合理的設計化工壓力容器。二是分析設計方法，依據應力分析數據和嚴格的工藝標準及彈塑性失效準則，分類匯總和計算分析應力情況。不同的應力在產生與破壞形式方面的差異較大。為滿足應力要求，還需在了解應力破壞形式等方面情況的基礎上，設計不同元器件。安全可靠性的設計化工壓力容器應力，能夠防止材料發生塑性變形，減少材料浪費，有效控制壓力容器的載荷。由此可見，分析設計方法的實際應用價值更高，也是常用的一種化工壓力容器設計方法。

1.3 綠色設計

在現代科技發展和材料持續優化的帶動下，使得化工壓力容器的綠色設計逐漸成為了可能，可減少設計環節的能耗，提高化工壓力容器的安全稀疏，使其逐步向輕便化和低成本等趨勢發展。通過調整環節工藝與嚴格把控材料質量等措施，從根本上實現節能設計。在設計環節合理控制化工壓力容器的結構，促使化工壓力容器的內部結構不斷精簡，與化工事業的現代化發展要求高度契合。

2 化工壓力容器設計不安全因素分析

2.1 使用年限問題

化工壓力容器的性能，隨著實際使用時間的延長而逐步降低，而性能降低是引起生產環節能耗和成本增加的主要影響因素。長期使用的化工壓力容器，化工壓力容器的性能和構件嚴重受損，構件的損壞和老化等問題得不到及時解決，發生安全事故的幾率更大，對化工生產企業的效益帶來不同程度的影響[1]。在設計化工壓力容器時，需加強對使用年限這一不安全因素的充分考慮和重視，優化設計方案和制作工藝，盡可能地延長化工容器的安全使用年限，以此實現應用價值的最大化。但實際上，后續的維護工作必不可少。化工企業對化工壓力容器投入使用后的維護工作展開不重視，促使化工壓力容器的性能衰退進程加快，在未達到使用年限時，就已經出現了明顯的報廢傾向，使用過程中的安全隱患不斷積累。因此，在設計化工壓力容器時，需加強對維護保養因素的考慮，通過壓力容器綜合性能的提升，促使容器的使用年限得以盡量延長。

2.2 材料問題

化工壓力容器的性能發揮與后續使用的安全可靠性，也受其焊材與母材等材料的合理選用影響。因此，對容器材料這一不安全設計因素的把控不能忽視。在設計化工壓力容器時，需合理選用母材，多方面考慮母材對化工壓力容器安全性等性能發揮的影響。化工壓力容器接觸的化學介質和工作條件不同，對設計材料的選擇也存在明顯的差異，還需根據實際需求合理選用母材。提高設計環節的選材合理性，按照相關規定的要求標準，嚴格檢查與控制材料的質量，避免在應用中出現腐蝕和滲漏等問題。考慮化工壓力容器應用時的人為操作和應用環境等因素的影響，確保化工壓力容器的材料選用合理性和整體性能達標，符合化工安全生產的實際需要。化工壓力容器的不同部位設計，選用的材料也存在明顯的差異。同時在材料的選用中，不能忽視對材料利用率和材料浪費及制作成本等方面問題的考慮，促使材料的應用價值得以充分發揮，切實滿足化工壓力容器的設計制作需要[2]。

2.3 熱處理問題

部分企業為節約容器的制作成本，會對熱處理技術的應用不重視，從而引起化工壓力容器投入使用不穩定的問題，促使其制作的安全性不符合標準要求。化工壓力容器的設計不能主觀隨意，需從制造的過程入手，充分考慮零部件結構的熱處理性能，盡可能地強化容器使用的安全可靠性，規避化工生產中的安全隱患。在壓力容器的熱處理設計環節加強細節把控，包括容器自身與焊接接頭等方面的內容，通過對其規范進行熱處理，不斷提高化工壓力容器的安全性能。在化工壓力容器的實際設計中，加強考慮整體設計安全和設計成本，尤其是在必要的熱處理設計環節進行省略或粗放性的處理，必然會降低化工壓力容器使用的安全性與可靠性，為化工生產帶來事故隱患。因此，在設計化工壓力容器時，需加強對質量和安全等因素的把控，嚴格執行相關工藝標準，規范做好化工壓力容器相關結構的熱處理設計。尤其是對關鍵結構件的設計，建議采取焊后熱處理方式，降低和控制焊接引起的殘余應力，確保化工壓力容器的實際使用要求。

2.4 變形問題

化工壓力容器的制作工藝復雜，涉及較多的制造環節，任何環節出現問題，都會對整個化工壓力容器的質量帶來不同程度的影響。在化工壓力容器的制造過程中，受流程和技術及理念等因素的影響而出現問題，會直接限制容器整體性能的發揮。如在焊接環節，受多層筒體的焊接順序不合理等問題的影響，易出現化工壓力容器變形等問題，通過肉眼通常難以被發現，但在化工壓力容器投入使用中的安全隱患影響較大。為規避潛在的使用危險，需在化工壓力容器的焊接環節，加強對焊接細節的把控，避免出現泄漏和破裂等情況，減少對化工壓力容器的安全使用影響。

3 化工壓力容器的安全設計策略

隨著化工行業的規模化發展，生產工藝不斷創新，對化工壓力容器的性能要求更高。若要想通過設計提高化工壓力容器的使用安全性，還需不斷優化化工壓力容器的設計質量標準，并在材料及工作選擇等方面下功夫，推動化工壓力容器設計持續優化發展[2]。

3.1 把控使用年限影響因素

針對使用年限不安全因素的把控，需從以下幾方面入手進行處理：一是加大對化工生產企業的安全宣傳力度，引導企業加強對化工壓力容器使用年限的重視，提高對超出使用年限繼續使用化工壓力容器危害性的認知度，將其傳統的思想觀念和職責理念中脫離出來，不斷強化安全生產意識，樹立正確的思想行為，并將安全教育貫徹落實到企業內容，形成全員配合與支持及重視化工壓力容器在使用年限內安全應用與維護的良好氛圍。二是在化工壓力容器的設計方面下功夫，綜合考慮化工壓力容器的使用要求和工作條件等多方面的影響因素，合理設計與不斷優化設計方案，力求在特定的生產環境下，促使容器的使用年限得以有效延長，滿足化工企業安全生產的要求。在設計化工壓力容器時，充分考慮到化工生產中壓力容器接觸化學介質的腐蝕性和與液體存儲壓力及腐蝕余量等方面的影響因素，要求化工壓力容器的抗壓性和耐腐蝕性達標，延緩化工壓力容器的老化速度。三是完善產品說明書的內容，明確強調化工壓力容器的使用和維護檢查等方面的要求及注意事項，盡量延長化工壓力容器的使用年限，確保化工壓力容器的安全生產使用。

3.2 把控材料影響因素

材料是化工壓力容器設計和容器安全維護的基礎，需加強對化工壓力容器設計中選材方面的重視。按照規定要求，嚴格選用設計材料，檢驗材料的質量，確保材料的質量達標。在化工壓力容器的實際設計中，充分考慮化工壓力容器的使用環境和用途等情況，確保材料的選用符合多種要求。合理設計材料備用方案，在化工壓力容器投入使用中，出現任何原設計材料等方面的問題，可發揮備用方案的作用。原設計材料接觸的化學介質存在較強的腐蝕性，需合理使用不銹鋼材料與鈦-鋼復合鋼板，與介質的接觸面采用鈦材，外層采用低合金鋼，提高化工壓力容器抗腐蝕性的同時，達到節約制造成本等目的。

在綠色節能設計的理念影響下，本著引進來與走出去的原則，引用先進的技術，借鑒優秀的經驗，采用多層包扎式氨合成塔筒體材料，發揮材料的配件制作穩定要求低和制作成本低等優勢特點，確保其符合容器的設計要求和實際應用需要。在利用氨合成塔材料時，高溫加工處理底部三通，其余結構的材料在200℃條件下進行加工處理，切實降低加工的難度。氨合成塔的材料的成本低且性能優異，是一種理想的壓力容器材料。化工壓力容器的設計材料選擇，不僅需考慮化工壓力容器的種類和應用場景等影響因素，還需設計多種材料方案，通過實驗論證的方式確定和采用最佳的材料方案。同時保障壓力容器設計材料的多性能優勢整合，包括耐腐蝕與耐高溫等，促使化工壓力容器的設計和制作工作得以有序展開。

3.3 合理運用熱處理工藝

熱處理工藝是化工壓力容器設計過程中不能忽視的關鍵因素。在熱處理工藝的設計應用中，需加強對應用熱處理技術的重視，確保化工壓力容器制作生產的安全可靠性。在實際設計中，需通過對容器自身進行熱處理，以達到去除殘余應力的作用；對壓力容器的焊接接頭施行熱處理。要想充分發揮熱處理工藝的應用價值，需加強對熱處理溫度的合理控制，避免高溫因素引起的材料變性問題。不同材料的熱處理要求多有不同，需充分體現出熱處理的針對性和差異性，避免因不當熱處理引起的壓力容器性能弱化等問題。加強對化工壓力容器焊接后的熱處理設計把控，焊接處存在較大的殘余應力，對化工壓力容器的安全性能影響較大。因此，不僅需合理選用容器的設計材料，還需在各加工環節合理控制熱處理工藝，保證其使用安全性。應力作用引起的裂縫和變形問題不能忽視，需依據設計要求，在焊接前對鋼板進行預熱處理，焊接后施行熱處理。合理控制彎曲管道的熱處理，以規范落實設計方案，確保化工壓力容器的設計標準和實際制作保持高度一致。

3.4 處理制作變形問題

容器的設計變形直接受焊接技術的應用影響。還需加強對焊接技術應用的深入研究，加強焊接細節的監督把控，確保焊接技術的應用規范性，切實規避壓力容器的變形問題。在焊接環節需做到以下幾點：一是在實際組裝前，模擬組裝所有的組件。二是安裝環節采取十字架內支撐工裝的方式，確保安裝的合理性，降低焊接變形問題的發生率。三是焊接筒體后需施行預變形處理，規避因不合理焊接產生的變形情況。四是因應力因素產生的變形情況，通過熱處理技術進行焊接，針對較大內外部溫差的問題，通過預熱的方法均衡溫度，再利用熱處理技術實施焊接，避免因溫差因素引起的變形問題。化工壓力容器的設計效果，直接受焊接工藝的影響，要求焊接工作人員需不斷提高自身的技術水平，加強對焊接全程細節和標準要求的把控，提前預測裂縫和碳化等常見的焊接問題，采取針對性的措施進行處理，防止化工壓力容器出現變形等質量問題，確保化工壓力容器的安全性和穩定性等整體性能的充分發揮[3]。質量管理貫穿焊接等化工壓力容器設計的全程，促使化工壓力容器的設計和管理體系更加優化，把控因工藝等因素引起的質量問題，確保化工壓力容器的設計和制作及使用維護等工作得以順利展開。

4 結語

在化工壓力容器的設計環節加強預測和把控各種不安全因素，從源頭上杜絕化工壓力容器的質量問題，確保化工壓力容器投入使用的安全性。要想在設計環節確保化工壓力容器的整體性能達標，需從使用年限和材料選用等不安全因素入手，不斷優化設計方案內容，引進先進的設計方案和理念及手段等，確保設計方案的科學性與全面性及綠色化等優勢特點突出，以推動化工壓力容器設計領域的不斷革新。