我國壓力容器制造的主要特征和存在問題

楊正海　張維俊

摘 要：壓力容器是現代工業最常用的存放具有有毒有害、高壓、易燃易爆等特點的氣液體的空間，其安全性、穩定性直接影響一線操作者的生命安全，及設備周圍的財產安全。由于壓力容器的特殊性，國家制定了一系列的強制技術規范和標準，保證其制造的穩定性、經濟性和使用年限的要求滿足，同時考慮制造過程中存在的問題，加以綜合制造。

關鍵詞：壓力容器；制造；主要特征；問題

在現代社會，隨著經濟的發展，一些易燃易爆的氣體和有毒有害的液體需要儲存或者運輸，化工上使用的壓力容器有別于一般容器，就是用于存儲或運輸那些特殊的氣體或液體，屬于一種特種設備，容易造成群死群傷的惡性事故。但是壓力容器的壓力等各方面要求，隨著科技的進步，社會的發展不斷提高。壓力容器在制造過程中涉及到很多技術參數，這些參數根據國家《鋼制壓力容器——分析制造標準》（JB4732—95）進行相關制造，保證壓力容器的正常使用。

1 有關概念簡介

根據國家技術標準規定，給出了所謂的壓力容器就是正常狀態下容器內壁可以達到的最大壓力大于100Pa；而且內徑大于15mm（如果是方形截面，就是高和寬或是對角線）；并且容器中存放的是高壓氣體或是沸點較低的溶液等，壓力容器是用于天然氣、汽油等化工產品的儲存或運輸設備。一般的壓力容器包括支座、筒體、法蘭、密封設備、開孔及接頭等結構組成。另外，還有安全設備、壓力表等顯示設備。由于壓力容器中存放的是高壓氣（液）體，如果保管不當，很容易造成人員傷亡和財產損失等，所以每一個國家指派專業人員定期開展檢查其壓力耐受情況等。

2 我國壓力容器的強制標準及制造特征

壓力容器的制造要求和國家在這方面的技術標準都是根據其實際生產實踐過程中的用途決定的。壓力容器存放的是高壓易燃易爆的氣（液）體，有些介質還存在很強的腐蝕性，對壓力容器的要求十分苛刻，下面總結一下國家有關標準及制造特征：

首先，提高安全系數，化工企業使用的壓力容器首先能夠完全承受生產過程中對其內壁的高壓、高溫、高腐蝕等要求，壓力容器要從材料、焊接縫、開孔補強等方面做出具體制造，以滿足國家標準的要求。一旦壓力容器老化不再能滿足國家標準，將引起惡性事故的發生，有毒有害的氣液體將從壓力容器中流出，污染環境，危害人民生命和財產安全；如果壓力容器爆炸，體內的高壓氣液體將釋放，不比一個炸彈的威力小。

其次，定時報廢時間嚴格把關，使用年限的出現原因是壓力容器中的氣液體可能具有很強的腐蝕性，這就是壓力容器出現使用年限要求的因素之一，腐蝕介質在壓力容器中運動還將加快對其內壁的腐蝕速度，另外還有壓力長期超過工作壓力，臨界壓力時，對壓力容器的使用年限也有很大的影響。同時在制造時，要進一步考慮以后的維修簡單，這樣一來可以有效降低維修費用及維修難度等。

最后就是經濟要求。壓力容器制造是，考慮到安全，但更要考慮經濟性，經濟性和安全性表面上是矛盾對立的，如何將壓力容器制造既經濟又安全，使用年限長，這就是要平衡好這一對對立統一的問題。

3 制造方法進一步探索

壓力容器設備屬于特種設備，有嚴格標準和規范，其制造方法有一般和剖析兩種制造。所謂的一般制造就是按照國家標準規范性步驟一步一步制造，一般制造就是一種經驗制造，理論支撐就是彈性實效準則即容器中的最大應力點達到屈服極限時，材料實效，所以在制造計算中，考慮的都是最大應力，另外根據經驗值，得出安全系數，并偏高選取，保障其安全性能的實現。剖析制造主要是一種根據壓力容器存有氣液體時，分析其表面及內壁的壓力分布，然后進一步制造結構。由于其計算量大，要求精準性高，剖析制造充分利用計算機技術，剖析制造利用彈性應力分析和塑性實效準則和彈塑實效準則等多種理論支撐，充分制造計算存在的各種應力分布。

4 制造中尚需解決的難題

壓力容器在制造過程中，還有一些問題需要進一步考慮和關注。

首先，開孔補強涉及的方面，任何容器都要打孔，開孔的直徑、位置等問題都是要考慮制造的。當孔的直徑較大時，內壁補償壓力區域發生變化，即區域面積縮小，這時將補償壓力的材料盡可能靠近開孔處。

4.1 開孔補強的相關概念

一般情況下，壓力容器都會有開孔工藝，開孔的目的主要是接管的安裝需要，還有就是為了進一步有效檢修的需要，平常維護的需要，開孔后，壓力容器的周應力將發生變化，需要重新考慮應力分布情況，肯定直接影響壓力容器的整體強度，為壓力容器造成威脅，對其安全、穩定、可靠的保障造成直接影響，尤其是開孔的那部分區域存在著受力不均的問題，形成局部的高壓力和另一部分低壓力，使之差值逐漸拉大。另一方面，工業中的環境情況惡劣造成了壓力容器長期暴露在風吹日曬中，開孔部分更是容易造成腐蝕的地方，其安全性造成威脅，同時開孔處也是連接處，密封的整實性也是值得考驗的地方，容易造成破損，給壓力容器帶來更多的威脅因素。國家關于《壓力容器》（GBI50—2011）技術規范中提出了通過開孔補強來彌補開孔造成的各種威脅可能，開孔必須補償壓力。

現在社會科技發展，針對這三種截然不同的應力有三種不同的制造方案和思路，確保壓力容器的安全可靠，下面逐一介紹。

4.2 開孔補強的制造思路及具體方法

第一種方法及思路：補強圈板制造，滿足彌補部分薄膜應力，也是開孔補強的主要方法，在這一領域經常使用。該種方法就是將補強板焊在壁內，實質就是增加部分區域的壁厚，從而增強開孔區域的器壁強度，削弱了部分薄膜應力的分布。壓力容器的生產中，將一塊鋼板焊在器壁外壁上比焊在內壁更加容易操作，一般生產過程中，我們還是將其焊在容器壁外。

第二種方法及思路：厚壁接管補強，此種方法也是開孔補強的重要手段。此種方法的第一項工作就是管體材料的選取，選取依據就是要和器壁材料一致，至少是屬于同一大類，這樣的話，材料特性及強度大致一樣，就算是發生了塑性變形，兩部分之間的連接處不存在走形開裂等問題。材料特性及強度選取強于壓力容器器壁的材料作為接管是錯誤的思路，這種影響是反面的，焊接時會發生塑性變形，由于接管與容器器壁材料的強度不一致，這種變形將造成焊接處開裂，甚至斷裂情況的發生。接管的管體應選擇無縫鋼管或是鍛造材料制作，降低誤差產生，導致焊接出問題。無縫鋼管所承受壓力較好，適合于補強要求較高的壓力容器情況，鍛件材料較無縫鋼管承受壓力較低，補強要求不高時可以使用。

第三種方法及思路：整體鍛材補強制造，該種制造將壓力容器的整體應力全面削弱，而且此種方法最大的優點就是沒有新的應力產生。相比以上兩種方法思路，整體鍛材補強效果是比較理想的，在加工焊接鍛材與壓力容器開孔處時，焊接的要求比較嚴格，這樣的話經濟效益下降，不利于節本增效。

最后，器壁壓力問題，如果殼層壓力小于管層壓力（管殼型換熱器），一般制造計算方法就是假設兩者相等，再校對圓筒正常壓力時的軸向應力。壓力容器制造要兼顧工藝和安全兩個方面，權衡二者，制造效果較為顯著。

5 結語

壓力容器的制造要求和制造方式牽涉到很多方面的問題，還有很多國家強制性的技術規范和要求，根據這些技術要求，尋求其制造方式方法，但是在制造過程中，還存在多種困難和問題，需要制造時加以綜合考慮，有一些問題出現后，我們在制造時加以補救，例如一些承壓實驗不能做，在制造時，考慮增加材料厚度等辦法來彌補。總而言之，壓力容器是一種特種設備，其安全性、可靠性要得到完全的保障，不能出一點問題，不然后果不堪設想。

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