關于壓力容器設計中的問題及控制措施

陳軍田

摘要：隨著我國工業化建設不斷深入，壓力容器已廣泛的運用于各領域中。壓力容器的有效運行與其設計質量有重要的關系。本文針對在壓力容器的設計過程中如何提高設計質量，避免發生重大損失，提出相關建議。

關鍵詞：壓力容器設計 問題研究質量控制

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A

一、壓力容器設計

在壓力容器設計時，要根據設計壓力、溫度、介質特性等一系列參數合理選擇材料、進行有效的受力分析和計算、確定容器的壁厚和直徑等。所以，在實際的設計過程中，選擇參數要合理，計算要準確，做到設計的流程標準化和精準化。

分析設計要求的各項參數指標。在進行設計之前，對于參數的有效分析，是容器質量保障的關鍵。通過合理的數據分析，保障設計所用的材質符合設計的要求。同時，通過合理的參數分析，可以把握好各項容器的設計標準，避免了設計參數不達標的問題出現。對于容器的受力情況的精準計算是容器設計質量的一個關鍵保障。壓力容器應具有良好的受力結構，以保障其工作安全的運行。在容器壁上的各個口徑、支座等部件的設計時，要保證其罐體的均勻性，注意其罐體的局部受力情況。

二、壓力容器設計中容易忽視的問題

在壓力容器的設計過程中，有些重要的問題容易被忽視，從而造成容器質量上存在諸多的安全隱患，影響設備的設計質量，使得設備在實際的使用運行中出現非常嚴重的安全問題。

（一）材料的問題

在壓力容器的使用過程中，對壓力容器的承受力有著嚴格的要求。壓力容器的材料用鋼需要根據設計的需求，對鋼材的諸多的紋理性質進行有效的加工改造。在實際的設計中，為了讓壓力容器能夠承受較高的壓力，會相應的增加所用鋼板的厚度，來提高其抗壓能力。但在設計過程中，如果一味的追求壓力容器的抗壓能力，也是不對的。化工用鋼材的選用除考慮設備的設計壓力、設計溫度、介質特性、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結構外，還需要考慮其經濟合理性。盲目地提高鋼板厚度是錯誤的。

1.當設計壓力較高、結構尺寸較大而使設備殼體壁厚較大時，如殼體材料仍選用碳素鋼（如Q235）將導致壁厚增大、質量增加，不僅多用金屬材料，而且會導致制造、運輸、安裝、土建基礎等的費用提高，因而提高了總的工程造價。—般在以強度控制為主的情況下，當殼體壁厚超過8mm時，應優先選用低合金鋼。當設計壓力較小、直徑較大、以剛度控制或以結構設計為主時，應盡量選用普通碳素鋼。

2.HG/T20581—2011鋼制化工容器材料選用規i蟄中第5.1.2條“同時符合下列條件的高溫壓力容器主要受壓元件用鋼應按爐罐號，復驗設計溫度下的屈服強度值，其值不得低于相應許用應力值的1.6倍（奧氏體鋼為15倍）。包括：設計溫度大于300℃；設計壓力大于1.6MPa；鋼材厚度大于等于20mm：鋼材主要截面以承受一次薄膜應力為主，且其厚度取決于強度計算的結果。

（二）法蘭問題

我國在法蘭設計上制定了嚴格的標準規范，對各種法蘭都有非常具體的嚴格要求。在進行壓力容器設計時，由于設計者疏于對法蘭的使用，不能嚴格的按照設計標準進行法蘭的有效選擇，從而導致法蘭選擇不合理，比如在使用過程中，法蘭變形、泄漏等，嚴重影響了設備的使用壽命。而且從壓力容器的受力情況來看，不同類型的法蘭，其受力的側重點是不一樣的。因此，設計者應該準確的選擇法蘭的類型。在選擇標準設備法蘭時，首先應根據壓力容器的介質特性、溫度、壓力來選取相應的法蘭材料、壓力等級及法蘭型式等。材料的選取要在整個容器選材時統一考慮，尤其在進行壓力等級選取時，一定要按照標準法蘭的最高工作壓力，注意相應的適用范圍和附加要求。

（三）分氣缸的設計問題

在進行分氣缸設計時，容易忽視分氣缸的出氣口和進氣口之間的有效距離。在設計的過程中，應根據具體的工藝參數，確定兩者之間的距離是十分重要的。另外合理控制好分氣缸的開口和環焊縫之間的距離也是十分重要的。應避免在焊縫處開孔，并保證兩者之間有一定的距離，以減小局部應力的影響，進而保障分氣缸的正常工作。對于分氣缸的支架鋪設，不能隨意確定支架的位置，要根據設計需求，合理設置，盡量加強支架的穩定性。

（四）儲氣罐的設計問題

對于儲氣罐的設計，對其罐體的材質有著很高的要求，要選擇合理的鋼材來滿足其抗壓的需求。切忌過于追求壓力容器的抗壓能力，而忽視了材質的選擇。同時，在設計的過程中，要充分的考慮儲氣罐的罐體長度和直徑之間的關系，盡量把兩者之間的比值控制在設計的要求范圍之內，不能過于的追求罐體的直徑。

三、解決壓力容器問題的措施

1.材料的選擇。在材料選擇方面，除需要考慮材料的耐蝕性及足夠的強度和剛度外，還應考慮其經濟合理性，通過選材合理，來降低材料厚度，減少生產成本。另外，良好的穩定結構可以很好的避免抗壓力不足或泄露帶來的事故。

2.法蘭的選擇?；诜ㄌm的規格具有嚴格的規范性，因而在設計時需要注意不同結構部位的法蘭選擇，因為不同規格的法蘭，其受力的情況存在較大的差異。在選擇標準法蘭時，除根據設備的設計壓力、溫度及介質特性進行選擇外，還應考慮法蘭的最大允許工作壓力，避免因未考慮法蘭的最大允許工作壓力而導致法蘭選擇等級過低，影響設備的安全使用。在選用《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）標準中的設備法蘭時，應注意以下幾個方面：第一，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）3.2對法蘭的腐蝕裕量有最大腐蝕裕量的要求，即“本標準中乙型法蘭的適用腐蝕裕量為不大于2mm，當腐蝕裕量超過2mm但不大于3mm時，應加厚短接厚度2mm。長頸對焊法蘭的適用腐蝕裕量不大于3mm。”在設計過程中，當壓力容器腐蝕裕量超過上述適用的腐蝕裕量數值時，往往因為沒有注意到這一條而直接選用了標準法蘭。第二，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.5.2規定：與長頸法蘭相連接的圓筒厚度應不小于JB/T4703中規定的對接筒體最小厚度δ0，且筒節長度不小于（DNδ0）1/2。當對接圓筒厚度小于最小對接圓筒厚度時，應按JB 4703中表3要求調整法蘭總高度H（其他尺寸不變），并連同法蘭厚度在標記中標明。JB/T 4703中給出了最小對接圓筒厚度，當長頸法蘭與小于該最小厚度的筒節對接時，通過計算與較薄筒節對接時長頸法蘭需要加長直邊段長度以增加法蘭的強度，來滿足與較薄筒節對接要求。第三，《壓力容器法蘭》（JB/T 4700-2000）6.6.1.2規定：對長頸法蘭，當工作壓力大于或等于0.8倍本標準中規定的最大允許工作壓力時，法蘭與圓筒的對接焊縫必須進行100％的射線或超聲檢測，檢測方法按JB/T 4730進行，射線檢測Ⅱ級合格，超聲檢測I合格。

3.對于分氣缸中的問題，主要需要加強出氣口和進氣口之間的距離控制，在進行設計的時候，需要基于其用途進行合理的計算，這樣才能精準地設計其兩者的距離。

4.在對于儲氣罐的設計中，要特別注意儲氣罐的材質選擇和尺寸設計。尤其對于儲氣罐的罐體直徑和長度之間的比值，需要合理的控制在設計的要求范圍之內，同時在設計的過程中需要合理的考慮罐體的實際使用性能。

四、結語

綜上所述，我們可以清晰的知道在進行壓力容器的設計時，有諸多的關鍵技術不能被忽視掉，諸如材料、法蘭等問題。而且通過上述的系統論述，可以有效地防止一些不該出現的錯誤發生，規范壓力容器的設計，提高科技人員的設計水平。