壓力容器設(shè)計(jì)中的問題及措施研究

摘要：隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，壓力容器越來越廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活之中，因其承載介質(zhì)性質(zhì)的特殊性，對容器的質(zhì)量和安全均有較高要求。設(shè)計(jì)的優(yōu)劣是決定容器可用性的根本因素，因此以設(shè)計(jì)過程為研究對象，探討設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題并給出解決措施對提高壓力容器質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從現(xiàn)象入手，對壓力容器的特點(diǎn)與基本設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行論述，從設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)兩方面討論常見的問題并給出解決措施，進(jìn)而對壓力容器設(shè)計(jì)的發(fā)展給出建議，以期為完善壓力容器設(shè)計(jì)體系、提高壓力容器質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；壓力容器；問題；措施

設(shè)計(jì)是生產(chǎn)壓力容器的第一步，是決定壓力容器質(zhì)量的根本環(huán)節(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)與使用中，許多問題都是因設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的失誤造成的，例如結(jié)構(gòu)不合理、考慮疏忽、未對后期制造給出明確指引等。因此完善設(shè)計(jì)體系是提高壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.壓力容器設(shè)計(jì)概述

壓力容器是特殊介質(zhì)反應(yīng)與加工的重要載體，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)均是為其本身的功能與特性服務(wù)的，對其特性與設(shè)計(jì)方法的充分了解是發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)。

1.1壓力容器特點(diǎn)

從概念出發(fā)，壓力容器泛指能夠承受內(nèi)外壓力的密閉容器，具有結(jié)構(gòu)多樣、安全性高、強(qiáng)度性能好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活當(dāng)中，依據(jù)其性能優(yōu)勢多在反應(yīng)、處理、儲存等過程中應(yīng)用，對易燃、易爆、有毒、有害、高溫、高壓等特性物品的加工具有重要作用。基于以上特點(diǎn)，相應(yīng)的對壓力容器也有著設(shè)計(jì)嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)合理、安全性高、可用性強(qiáng)的要求，國家也對其生產(chǎn)與使用制定了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管辦法。

1.2壓力容器設(shè)計(jì)方法

由于壓力容器乘裝物品的特性，一旦出現(xiàn)事故將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并會對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，因此對壓力容器的材料、結(jié)構(gòu)等均有較高的要求，在壓力容器的設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格做到選擇合理、計(jì)算準(zhǔn)確、流程精準(zhǔn)、可實(shí)現(xiàn)的原則。

設(shè)計(jì)壓力容器的主要步驟為：一、獲取參數(shù)。針對壓力容器的用途與使用條件，獲取設(shè)計(jì)參數(shù)，主要包括溫度、壓力、介質(zhì)特性等。二、分析。對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行有效整理和分析，把握設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。三、計(jì)算。對壓力容器進(jìn)行受力分析，確定材料、容積、厚度等。四、部件設(shè)計(jì)。對接口、檢查孔、支座部件等進(jìn)行設(shè)計(jì)。五、制造標(biāo)準(zhǔn)。針對容器的特性，對制造的環(huán)境與操作給出明確說明和指引。六、使用標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合容器的材料與使用條件，對使用范圍與使用時(shí)間等給出說明。

2.壓力容器設(shè)計(jì)中的主要問題與措施

嚴(yán)謹(jǐn)、合理的設(shè)計(jì)是容器質(zhì)量的重要保障，也是其投入使用并產(chǎn)生效益的基礎(chǔ)。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對壓力容器的要求也日益增高。

2.1設(shè)計(jì)中易忽略的問題

在壓力容器設(shè)計(jì)過程中常產(chǎn)生一些問題，對這些問題的忽略造成容器質(zhì)量問題并形成的安全隱患。

第一，材料問題。壓力容器使用條件復(fù)雜、苛刻，因此在設(shè)計(jì)過程中需著重關(guān)注設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性等相關(guān)條件信息，從而選擇合適的材料。容器材料對容器承受能力具有重要影響，也是關(guān)系到容器質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，材料選擇方面一方面需確定材料類型，另一方面需結(jié)合材料性能，例如焊接性能、冷熱加工性能、熱處理等確定材料厚度與加工方式。此外在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方案。

第二，容器變形問題 。壓力容器加工和使用的環(huán)境受溫度與壓力影響大，由于設(shè)計(jì)疏忽，未考慮容器材料回彈性與收縮性，易導(dǎo)致容器變形，此外在安裝中也易出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象。對此，一方面要在考慮充分、精準(zhǔn)計(jì)算并嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)操作，另一方面需在設(shè)計(jì)中考慮組裝定位與支撐工具，并根據(jù)材料厚度與容器直徑等因素給出組裝要求。

2.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題

針對壓力容器已出臺針對性標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)過程中常出現(xiàn)不明確的問題，本章節(jié)即針對其中共性問題進(jìn)行探討。

第一，使用壽命問題。隨著使用，壓力容器性能將逐漸減弱，因此使用時(shí)限是對容器安全使用的指引。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于技術(shù)條件、管理體制等因素，設(shè)計(jì)人員對使用壽命通常沒有給出明確預(yù)報(bào)，此外相關(guān)法律法規(guī)也未對此作出明確限制，因此造成安全隱患。

第二，關(guān)于壓力試驗(yàn)免除。壓力試驗(yàn)是對壓力容器質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，考慮實(shí)際操作問題，針對類似現(xiàn)場組焊的大型壓力容器，規(guī)定中給出了壓力試驗(yàn)免除的相關(guān)說明，但由于理解不同，不少人對壓力試驗(yàn)免除的使用范圍有所偏差，造成容器缺少檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。此外，對于符合試驗(yàn)免除要求的容器，也應(yīng)采取額外措施進(jìn)行檢驗(yàn)。

另外，對于低溫壓力容器界限、最大容許工作壓力等標(biāo)準(zhǔn)也存在相關(guān)問題。對于標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的理解難免出現(xiàn)人與人間的差異，但在執(zhí)行的過程中最關(guān)鍵的在于遵守質(zhì)量為先、安全為先的原則。

3.策略與建議

壓力容器的發(fā)展與使用歷經(jīng)幾十年，其中不乏寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，壓力容器尤其是容器的設(shè)計(jì)更應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，將實(shí)際需求與最新技術(shù)結(jié)合，形成先進(jìn)的設(shè)計(jì)體系。

3.1遵守設(shè)計(jì)規(guī)范

壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范中已明確對設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)結(jié)果要求給出了明確說明。在上述問題討論中可以看出，由于設(shè)計(jì)者理解偏差，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中時(shí)有不符合規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，造成產(chǎn)品不能投入使用或存在質(zhì)量隱患，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)避免原則性問題，充分理解壓力容器相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證產(chǎn)品的安全可靠。

3.2提高設(shè)計(jì)人員水平

壓力容器的復(fù)雜與多樣性，不僅要求設(shè)計(jì)人員具有專業(yè)的分析與設(shè)計(jì)能力，還要求其具有充分的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而做到考慮充分、應(yīng)對及時(shí)，因此應(yīng)不斷提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)與水平。首先，提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)機(jī)會，讓設(shè)計(jì)人員時(shí)刻了解和掌握最新技術(shù)；第二，促進(jìn)同行業(yè)間技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)交流，互相學(xué)習(xí)、提高水平。最后，在扎實(shí)的理論基礎(chǔ)上，積累實(shí)踐，并對經(jīng)驗(yàn)與問題進(jìn)行總結(jié)和交流，為建立健全設(shè)計(jì)體系提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

4.結(jié)語

壓力容器的使用要求導(dǎo)致其性質(zhì)的復(fù)雜與多樣，本文從現(xiàn)象入手，討論設(shè)計(jì)中存在的代表性問題并給出解決方法。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，往往存在更多的特殊性與不可控因素，不可以偏概全，需設(shè)計(jì)人員更多的學(xué)習(xí)與積累以從根本上提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)計(jì)對制造的指引，更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：盧麗霞（1986-），女，漢族，江西南昌人，南昌大學(xué)科技學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè)本科，從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。