淺談壓力容器設計中容易出現(xiàn)的問題

姜軍義，蔣 悅

（中昊（大連）化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116023；大連大化工程設計有限公司，遼寧 大連 116031）

1 概述

壓力容器在石油、化工等行業(yè)被得到廣泛的應用，石油、化工行業(yè)的物料大部分具有易燃、易爆和毒性的特性，如果設計的不正確或不合理，制造質量低劣或設備缺陷擴展，就有產(chǎn)生事故的危險，甚至造成災難性后果。針對壓力容器設計中容易出現(xiàn)的問題，本文挑選幾種常見和典型的問題，分別作了詳細的闡述和正確的解答，內容主要涉及圖樣、材料、結構設計、技術要求、計算和管理制度共6個方面的問題。

2 壓力容器設計中容易出現(xiàn)的問題

2.1 圖樣

在設計中，無論是材料還是零部件，都應選擇現(xiàn)行的最新標準。如設計者仍使用已作廢的標準，這是錯誤的，選用淘汰的標準產(chǎn)品更是錯誤的。例如：商品緊固件標準已頒布執(zhí)行，一些設計者仍按舊標準選用 A3、A4緊固件；JB／T4736－2002《補強圈》已于2003－03－01實施，現(xiàn)在不少設計者仍選用舊標準JB／T4736－1995《補強圈》，該標準已不能滿足GB150和HG20583對補強圈的適用范圍、坡口等要求。因而也將影響到設備的設計和制造質量。

對于選用的標準圖或通用圖應進行校對。選用人應對選用的正確性負責。目前有的標準圖或通用圖尚存在一定的問題，尤其是有的圖上存在著已作廢的標準。因此選用時一點要慎重對待，對存在的問題應加以更正。

2.2 材料

設計壓力＞1.0MPa，而殼體鋼板厚度＜6mm時容器選材易出現(xiàn)錯誤。因為在容器級用鋼標準中根本沒有6mm以下的鋼板，當鋼板厚度小于6 mm，但又必須采用容器級的低碳鋼、低合金高強度鋼板時，應選用按GB6653－2008《焊接氣瓶用鋼板和鋼帶》生產(chǎn)的HP245、HP345鋼板，所選用的鋼板厚度范圍為3～5mm，下限3mm為壓力容器規(guī)定的最小壁厚。

2.3 結構設計和技術要求

2.3.1 臥式容器殼體長度較長時人孔數(shù)量不夠的問題

當臥式容器殼體較長時仍設置一個人孔，會造成焊接時氣體排放困難；內部檢查時通風不良，采光不好，意外情況時人員撤離不便。HG20583－2011《鋼制化工容器結構設計規(guī)定》中8.2.2條規(guī)定：臥式容器和立式容器的筒體的單獨長度大于或等于6 000mm時，宜考慮設置2個以上的人孔。

2.3.2 儲罐的水壓試驗和氣密性試驗問題

例如一臺混合二甲苯儲罐φ9500×8525、液位7.9m、頂部氣相設計壓力0.002／－0.0005MPa（G）儲罐各部件強度計算時其介質密度取水的密度，要求罐頂進行氣密性試驗和儲罐強度試驗，技術要求中提出：儲罐用90kPa（G）的空氣進行壓力試驗這是不妥的。因為90kPa（G）的空氣壓力試驗對罐頂來說未達到真空下氣密性能試驗要求，對罐底來說90kPa（G）壓力值也未達到設計條件下強度試驗要求。建議采用如下試驗方法：首先向罐中充水到液位7.9m；然后向罐頂空間注入空氣使壓力達到0.0023MPa（G）進行強度試驗，合格后把氣體放掉再關閉頂蓋各閥門和放空口并從罐中向外抽水直到罐頂真空達到－0.0005MPa（G）進行嚴密性試驗。

2.4 計算

2.4.1 忽視容器上接管和各種附件引起的局部應力的問題

容器的接管上，由于管系的重量，特別是熱膨脹，往往存在很大的載荷。容器的腿式支座、支承式支座和耳式支座，由于重量、風載、地震或熱膨脹等因素，也可能在它們與容器的焊接處產(chǎn)生很大的載荷。各種附件，如管道、梯子、平臺或懸掛設備的支耳，尤其支耳的力臂較長時，也會形成很大的載荷。另外，設備吊耳的載荷往往也是很大的。這些載荷在容器壁中均會引起局部應力，特別是當容器大而薄時，引起的局部應力可能是致命的。忽視這些局部應力的校核，可能給容器的安全帶來嚴重后果。

2.4.2 當液柱靜壓超過設計壓力5%時，臥式容器元件設計不考慮液柱靜壓的錯誤

某臥式容器φ4000，液位高3 000mm，設計壓力為0.4MPa，液體重度ρ＝0.0015kg／cm3，筒體和封頭元件的設計壓力取為0.4MPa是不對的。筒體元件的設計壓力應取p＝0.4＋300×0.0015×0.0981＝0.44MPa。因液柱靜壓已超過設計壓力5%，故按GB150規(guī)定，筒體和封頭元件的設計計算壓力應加靜壓后計算才對。

2.5 管理制度

按照壓力容器設計單位有關管理制度的規(guī)定，各壓力容器設計單位應制定技術培訓和學習計劃，并應經(jīng)常定期檢查培訓學習計劃的實施情況。有計劃地安排設計人員的學習和培訓工作，可以采用“請進來”，“走出去”的辦法，使設計人員深入壓力容器制造廠和使用單位，結合設計學習加工工藝，質量檢測、安裝、操作維修、檢修等工程實踐知識，對于不斷提高設計人員的設計水平和設計質量十分有效和必要的。

3 結 語

作為壓力容器的設計者，應當全面貫徹和理解國家現(xiàn)行的標準和規(guī)范，在工作中，應避免一些不應該出現(xiàn)的錯誤，你的一個小小的錯誤就可能會釀成一場災難性的事故。所以作為設計者在工作中要不斷的分析、總結、學習。同時，行業(yè)內部應加強經(jīng)驗、技術交流，熟悉掌握各項標準和規(guī)范，才會盡量不出現(xiàn)原則性錯誤，設計者的業(yè)務水平才會得到提高。

［1］ GB150－2011壓力容器［S］

［2］ TSG R0004－2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程［S］

［3］ HG20853－2011鋼制化工容器結構設計規(guī)定［S］

［4］ GB6653－2008焊接氣瓶用鋼板和鋼帶［S］

［5］ JB／T4736－2002補強圈［S］