壓力容器設計技術問題探析范文

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摘要：

壓力容器在目前的運輸和存儲等方面應用十分廣泛，如何改進壓力容器的設計水平也始終是研究者所關注的重點問題。就目前我國的現狀來講，在對壓力容器進行設計時，除了要嚴格遵循行業規范和國家的法律法規外，還應當注重從技術方面改進設計水平，具體包括注重壓力容器的設計參數以及容器的塑料失效性設計、疲勞設計、抗腐抗壓設計以及概率性設計。

關鍵詞：

壓力容器;設計;能源工業

一、引言

壓力容器指的是用于盛裝氣體或液體并且承載一定壓力的密閉設備，它在石油化學工業、能源工業、軍用工業等等關系到國民經濟發展的部門應用十分廣泛。但是由于承載物品一般具有易燃易爆或強腐蝕性等特性，因此壓力容器的質量直接關系到財產和人身安全，壓力容器的設計工作也與工作人員的專業素養和專業技能有著密切關系。在壓力容器設計過程中，常常遇到一些技術方面的問題，如在面對同一個設計參數時往往有不同的解釋出現。因此如何正確設計壓力容器，將直接關系到成本的節約與壓力容器的安全性。

二、壓力容器的重要設計參數

關于壓力容器的設計有很多繁雜、需要注意和處理的細節，但是壓力容器的設計參數、制造材料以及設計工藝是其設計的重點。而設計參數更是設計工作的第一步也是最重要的一步。只有準確確定設計參數，才能根據計算結果準確設計出符合標準的壓力容器。

(一)焊接結構。焊接技術對壓力容器的設計是十分重要的。焊前，要熟悉圖樣和技術要求，按照國家的相關標準和行業規范，對產品的結構及尺寸進行審核，然后根據設計要求和容器用途，從強度、韌性等方面考慮容器材料的選取。焊接時，先將組裝好的筒體放在滾輪架上，然后用埋弧焊焊機順著滾輪架順時針旋轉即可對內環縫較好地完成焊接。對夾套與夾套封頭的焊接，其操作方法可參照上述內容。上述焊接過程完成后，必須要對焊縫進行認真檢查，尤其是筒節與封頭以及夾套與夾套封頭的焊接。檢查時要觀察其是否焊接完整而無縫隙，確定焊接質量達到相關的標準。

(二)腐蝕裕量。腐蝕裕量設計與壓力容器的安全性和成本有著直接的關系。這是因為要根據壓力容器計劃使用年限以及儲存介質的腐蝕力，對壓力容器的材質進行選擇以及壁厚設計。然而由于目前國內對各種材料的抗腐蝕力等了解程度不足，很難對制作材料的抗腐蝕程度進行量化，這是先前我國科技水平和管理不到位造成的。因此，設計人員必須嚴格按照國家及企業所制定的工作規范，盡量準確地計算出容器的腐蝕裕量，盡可能進行準確的設計。目前國內有些企業在對壓力容器接管處進行設計時，存在使用殼體50%的腐蝕裕量的材質。然而，這樣的選擇在遇到壁厚較小的接管時，其開孔補強會不夠。因此，在必要時需要對其進行適當的補強，尤其是接管直徑比較小或比較薄時，更要注意。

(三)膨脹節設置。壓力容器中的膨脹節可以縮小圓筒和換熱管之間的熱膨脹差，從而使容器在軸向進行自由的伸縮。是否設置膨脹節，也可以根據設計要求中的伸縮程度來決定。判定方式為通過對圓筒和換熱管的軸向應力進行計算，對照相應的技術規范查看計算結果，如果超出規定范圍，就需要設置膨脹節來進行調節。在整個計算過程中，不能假定管板是絕對剛性，更不能只憑技術人員主觀的判斷來決定是否設置膨脹節，因為這樣的做法，不僅可能會增加生產成本，還有可能危害到整個壓力容器的安全。因此，必須采用合理有效的計算方法。

三、壓力容器設計技術進展

(一)塑性失效設計。塑性失效設計準則指的是壓力容器對于局部薄膜應力、彎曲應力的應力強度，應當有較大的彈性空間，即允許出現容器局部發生變形，但容器的其余部分依舊能夠保持彈性，而又不對使用效果產生較大影響。此時，如果仍以彈性失效作為容器廢棄的標準，會造成制作材料的浪費。因此采用塑性失效設計并以之為極限設計，來防止過渡變形是十分必要的。只有載荷的峰值達到載荷壓力的上限，容器才會徹底失效。這樣一來，既可以減少浪費又可以保證壓力容器在使用年限之內能夠安全運行。

(二)疲勞設計。所謂疲勞，指的是在重復多次的交變載荷下，壓力容器的內部或外部會產生損壞或老化。壓力容器在逐漸疲勞的過程中，工作人員常常很容易就忽略容器已經產生了明顯的變形。因而在對壓力容器進行設計時，這種逐漸損壞的過程常常被忽視，沒有將其納入考慮范圍。在使用期間，壓力容器所承受的交變載荷循環次數并不多，加之一些容器的應力并不高，使用時能夠保證安全。隨著技術的發展以及壓力容器安全事故頻發，容器的應力設計普遍得到提高，這時接管等位置的局部峰值應力可能會高于容器材料的承受范圍。此外，壓力容器過度疲勞引起的裂紋加深、邊長破壞等所引發的事故也常常發生，約占總數的40%左右，因此容器的疲勞值設計越來越得到關注。

(三)抗腐、抗壓設計。在對壓力容器進行抗腐、抗壓設計時，最關鍵的在于掌握溶液的壓力水平和腐蝕機理。不同的材質、溫度、介質流態等都對抗腐與抗壓的設計有著重要的影響。同時，不同壓力下的腐蝕程度也不相同。因此對不同的材料在不同環境、不同狀態下的抗腐蝕和抗壓能力都進行了研究，并提出了表面涂漆、熱工藝處理以及調整材料中鉻含量等方法。壓力容器有些可以免除耐壓試驗，免除的對象是那些需要在現場進行組裝與焊接的大型壓力容器。這是由于對這些大型的壓力容器進行壓力試驗是十分不方便的，且會使成本大大提高。當然，進行壓力實驗的目的在于保證壓力容器能夠符合設計的質量標準，保證使用過程中的安全性。由于產品的特殊性而進行免耐壓試驗是不得已而為之，因此在進行免耐壓試驗的特殊類壓力容器設計時一定要注意使用材料的性質，并且盡量提高壓力容器在超壓泄放方面的能力，盡可能采用全焊接頭，提高安全性，避免質量問題的出現。

(四)概率設計。壓力容器的概率設計采用了率近代數理統計的計算方法，對壓力容器的安全性和經濟性進行全方位的評估。通過計算，可以得知壓力容器失效的可能性。同時，通過概率設計，還可以評估整個壓力容器是否達到運輸產品所要求的最低可靠性概率，并將每個零件所需要具備的可靠性概率進行合理的分配。總而言之，壓力容器的概率設計不但使得設計人員對容器的設計有了更多更詳細的掌握，降低生產成本的同時也保障了容器的安全性。

四、結語

壓力容器在目前的運輸和存儲等方面應用十分廣泛，如何改進壓力容器的設計水平也始終是研究者所關注的重點問題。就目前我國的現狀來講，在對壓力容器進行設計時，要嚴格遵循行業規范和國家的法律法規，保證壓力容器在設計、生產方面不出現非技術性的質量問題。同時，要結合具體工作實際，在工作過程中不斷發現現有技術和生產的不足之處，不斷研究新的技術，提高安全標準，使設計和制作出的壓力容器安全可靠。

參考文獻：

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作者:鄧碩 單位:石家莊市石換換熱環保有限公司