可靠性方法在壓力容器設計中的應用

【摘 要】在科技水平逐漸提高的形勢下，有關壓力容器的研究也在不斷地深入，然而在多種復雜因素的作用下，壓力容器的幾何參數、應力、強度等都受到了一定的影響，不利于設備可靠性的提高，也產生了較大的安全隱患，對人身安全、生產以及國民經濟帶來嚴重的威脅。本文將簡要地提出可靠性以及壓力容器設計的概念，并從一定的角度對壓力容器的可靠性設計理論進行深入的探究，希望切實提高壓力容器的可靠性，保障系統以及設備安全地運行，節約材料成本，增強經濟效益，促進國民經濟的健康穩定發展，同時也為在壓力容器中應用可靠性方法的相關研究提供一定意義上的理論參考。

【關鍵詞】可靠性；壓力容器；應力；強度；安全系數

近年來，我國壓力容器的設計及制造的標準逐漸地嚴格，參數的確定性不斷地提高，安全系數受到了更加廣泛的關注。然而，雖然常規的設計方法安全性較高，也具有操作較為簡單的特征，然而由于對影響壓力容器可靠性的相關因素還缺乏充分考慮，在實際的生產過程中，極易造成較大的誤差，導致安全性大大降低，同時安全系數傳統保守，不僅會導致浪費材料，更不利于壓力容器安全性以及可靠性的提高，除此以外，常規的設計方法對容器的結構形式做出了明確的規定，導致其他容器的載荷形式以及結構設計沒有得到全面的考慮，針對性較強而普適性較差。因此，在壓力容器設計中應用可靠性方法已刻不容緩。

1.可靠性的定義

一個產品要具有可靠性，也就是說，在產品的使用過程中，在相關條件、時間以及環境的允許下，能夠滿足使用者的需求，其功能被最大化地發揮，并且不會產生故障。由此可知，產品可靠性與諸多條件息息相關，例如溫度、應力、振動等，并且也與使用者對產品的功能需求、使用期限等密不可分。所以，可靠性的概念可以概括為：產品在一定期限和條件下滿足人們對規定功能的需求的能力。產品即用來試驗或者研究的系統、設備，既可以是樣品也可以是總樣；條件包含使用、貯存、維護以及環境等條件，也有對使用者的操作技術的要求；時間主要為廣義時間，不僅可以為運行時間，也可以指里程數以及循環零件的循環或者旋轉次數；功能即產品所擁有的技術指標。

2.壓力容器設計概述

壓力容器設計對壓力容器的運行狀況具有深刻的影響，間接的作用于人們的生命財產安全，因此，對壓力容器的設計研究應該更加關注、重視并且投入更多的精力。隨著歷史的發展和科技的不斷進步，壓力容器產生了新的發展趨勢，呈現出以下特征：體型逐漸地大型化，其參數有了很大的提高，在材料的選用方面強度更加大。多種設計準則也逐漸地取代了傳統的設計思想，對彈性失效的考慮更加充分和全面。

對于壓力容器的生產而言，設計不僅是首要也是非常關鍵的環節，設計品質的高低對容器質量的好壞有著很大的影響。在設計壓力容器時，要以工藝設計條件為基礎，并且嚴格貫徹落實相關的規定及標準，規范化設計流程，同時要重視安全，選用材料時要科學合理以及經濟，對多種因素進行綜合性的分析，另外，要全面考慮容器的密封、強度以及結構來進行設計。

壓力容器設計要兼顧經濟性以及安全性，要將這兩種要求進行綜合來考慮。設計要將安全作為前提，要以經濟作為基本目標，在安全得以保障后再對經濟進行考慮。可以從節約材料成本，在制造以及安裝維修的過程中節約不必要的資金消耗來著手，提高設計的經濟性。

當前可選用較多的方法來設計化工壓力容器。可靠性設計法、分析設計法以及常規設計法是目前比較普遍和廣泛應用的，另外，還有計算機輔助設計法以及優化設計法等方法。

3.壓力容器的可靠性設計理論

在可靠度下，在危險斷面上，確保最大的應力不超過最小的強度，是設計壓力容器所要達到的基本目標。若沒有達到可靠度相關要求，容器將會在很大程度上失去其本身的效用，就無法滿足人們對容器的基本需求。強度以及應力具有不確定性，是一種具有分布規律的隨機變量。通過強度以及應力的模型和分布狀態的分析，可以進行壓力容器的可靠性設計。通過對模型理論以及給定的具有正態分布規律的壓力容器的應力以及強度的分析，我們能夠求出壓力容器的可靠度，公式中的可靠度系數對應著可靠度。可靠度系數受應力均值、強度均值、強度標準差、應力標準差、強度變異系數以及應力變異系數的影響，一旦其中的某一因素發生變化可靠度系數也會隨之發生改變，這里就不對可靠度系數以及其影響因素進行過多的分析。

可以通過隨機安全系數以及概率安全系數等方法來計算可靠性安全系數。在壓力容器設計過程中，均值安全系數可以由強度均值比實際應力均值來得到，將均值安全系數代入到可靠度系數公式當中可以得知，應力以及強度的變異系數和可靠度都能對安全系數造成影響。所以要得出安全系數，就要先求得應力以及強度的變異系數。因為一般情況下，都會給出強度的標準差和均值，所以要求出應力的標準差及均值。對此，可以先利用應力計算公式求出壓力容器的筒體最大應力。然后在基本函數法的運用下，求出應力的標準差及均值。

4.總結

總而言之，常規的設計方法由于主觀隨意性較強，安全系數的可信度較低。在壓力容器設計中應用可靠性設計，不僅可以克服常規設計方法的弊端，還能提高容器的可靠性，保障容器的經濟性以及安全性，因此需要大力地普及。然而在目前，在壓力容器的可靠性設計中，我國積累的所需的統計數據的相關資料還不豐富和完備，因此需要投入更大的力度進行系統的管理和充實，同時在壓力容器的設計中也要不斷的積累經驗和方法，對可靠性方法進行更加深入的研究和完善。 [科]

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