壓力容器設計中的常見問題及對策

摘要：壓力容器作為工業生產中至關重要的裝置，其在各工業領域中的地位也越來越重要。但是壓力容器的危險性較大，其直接影響著工業企業的經濟財產安全，因此加強對壓力容器設計的研究具有積極的現實意義。文章對壓力容器設計中存在的問題進行了分析，并在此基礎上提出了相應的解決策略。

關鍵詞：壓力容器；無損檢測；容器設計；使用年限設計；容器材料選擇；氣密性試驗設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ052 文章編號：1009-2374（2015）35-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.031

所謂壓力容器，就是指用來盛裝液體或氣體，并能承載一定壓力的密閉性設備。就目前來說，隨著社會的不斷發展，壓力容器的種類也愈來愈多。從壓力容器的承壓等級來說，壓力容器可以分為低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器；按盛裝介質來說，可以分為易燃有毒、非易燃無毒、劇毒等；按加工工藝的不同，可以分為反應容器、換熱容器、分離容器以及貯運容器。近年來，為了加強對壓力容器的安全監管，我國相關部門出臺了相關的法令法規，如《壓力容器安全監察規程》等，對壓力容器設計、制造、檢驗項目等進行了規定。但就目前來說，我國很多行業所使用的壓力容器或多或少出現了一定的問題，造成了一定的負面影響。究其原因是，壓力容器的設計工作不到位。下面，筆者將就壓力容器設計的相關問題進行深入探討。

1 壓力容器設計中的常見問題

1.1 使用年限設計中存在的問題

合理的使用年限設計，將會對壓力容器價值的發揮產生十分重要的影響，同時，這也有利于維護使用者的生命健康安全。但就實際情況來看，很多壓力容器的使用年限設計不合理。比如，在使用壓力容器過程中沒有考慮應力腐蝕因素，將壓力容器的使用年限設定為一種理想化的狀態。這樣一來，很多壓力容器的使用年限就會超過限定年限，導致其在使用過程中存在較多的安全隱患。一旦操作不當，壓力容器就會發生爆炸等，對使用人員造成嚴重的威脅。

1.2 壓力容器材料選擇中存在的問題

工業機械產品的材料是制約產品性能的關鍵性因素，材料的不同使得各個產品的屬性也有所不同，原材料的質量不達標，將會嚴重影響成品的性能。對于壓力容器亦是如此，材料的問題是壓力容器設計過程中的關鍵問題。壓力容器的使用環境較為惡劣，很容易受到腐蝕等作用。因此，在設計壓力容器之前都會事先選擇好施工材料。但是，由于生產過程中各種要素的變化，原有材料也要發生相應地改變，例如壓力容器生產制造商的變化、客戶需求的變化等。而很多生產單位并沒有注意到這些因素，在發生條件變更時仍然選用原有的材料，導致容器容易出現問題。如用戶要求將材料加厚，這時設計人員往往容易忽略容器材料加厚也可能造成脆性斷裂的風險，而不重新考慮。

1.3 壓力容器氣密性試驗設計中存在的問題

工業化進程的不斷推進，使得壓力容器在我國能源、石油、軍工、化工等領域等到了廣泛的應用，同時對其設計質量要求也在不斷提升。壓力容器最為顯著的特征就是其介質的危害性，因此氣密性試驗設計是至關重要的一步。所謂氣密性試驗，就是指通過某種試驗操作來進一步檢驗壓力容器的各個聯結部位是否存在泄漏現象。一般來說，那些裝有毒性較高、危害性較大介質的壓力容器在使用之前，必須進行氣密性測試。但是由于很多操作人員并沒有十分重視氣密性試驗過程或者其專業素質較低，無法勝任試驗工作，導致試驗結果不準確。一旦氣密性不合格的壓力容器被投入使用，就可能會導致介質泄露，造成嚴重的危害。

1.4 焊接接頭無損檢測過程中存在的問題

一般來說，焊接接頭無損檢驗分為內部檢驗和外部檢驗兩部分。外部檢驗指的是，相關人員通過目測或者量具等進行測量檢驗；內部檢驗指的是射線檢驗、磁粉檢驗、超聲波檢驗、渦流檢驗、紅外檢驗等。進行焊接接頭無損檢測的目的，就是保證所有的接頭接觸良好，從而保證壓力容器能正常工作。所有的焊接結構都必須進行檢測，但實際上，很多工作人員忽視了焊接接頭無損檢驗的重要性，在工作過程中馬馬虎虎，導致檢測過程中不嚴格，很多問題不能被及時發現，影響了壓力容器的后續使用。例如，焊接結構的球形接口與圓筒在進行環向連接時，由于圓筒的經線半徑球率發生變化，導致焊接設計結構出現問題。正如上面所提到的，壓力容器的設計工作十分重要。針對當前壓力容器設計中存在的各類問題，相關人員必須深入分析問題出現的原因，并采取合理的解決措施。

2 壓力容器設計中的常見問題及解決對策

壓力容器的設計工作是一個較為復雜的過程，需要多方面的努力與配合。下面，筆者將針對壓力容器設計中存在的問題，提出相應的解決策略，以期對未來壓力容器的設計工作有所幫助。

2.1 使用年限設計的防范策略

針對壓力容器的設計使用年限問題，設計人員一定要按照要求進行多方面的思考，要嚴格按照新版《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004-2009）的要求來進行。這是設計者需要遵守的最基本的原則，即每張設計圖紙中必須明確寫出壓力容器的設計使用年限。要想合理設計壓力容器的使用年限，相關人員必須充分考慮壓力容器使用的實際環境、提高壓力容器的可靠性等，盡量減少各種安全隱患；要根據其使用材料，測算壓力容器的耐腐蝕性能力、內外部壓力差等，以便測算出壓力容器的腐蝕性承受度，從而對其使用年限進行更合理的測算。當然，為了使壓力容器使用年限更為可靠，工作人員應該模擬最惡劣使用環境，測算壓力容器的使用壽命。除此之外，設計者還要將使用者可能會出現的不當操作考慮在其中，在設計圖紙的相應位置設置安全提醒，并改善壓力容器的使用條件，對壓力容器的承力部件及壁厚參數等進行測量，制定合理的使用年限。

2.2 設計材料變更的防范策略

在選擇材料的過程中，工作人員要十分注意材料的來源、力學特性以及材料的特性是否滿足壓力容器的使用條件、耐腐蝕性要求等。在用戶對壓力容器提出變更要求時，設計人員不能單方面考慮材料減少所帶來的安全隱患，還要全面考慮到材料的增加也可能出現安全風險。例如，用戶要求容器變薄，設計人員必須重新對容器的受力情況進行分析，從而得出容器可以承受的最大減薄程度；又如，用戶要求容器變厚時，設計人員要注意容器變厚后各個方向的拉應力，防止平面應變及脆性干裂現象的出現。總之，在壓力容器的設計過程中，工作人員必須重視材料的變更，采取積極的應對策略。

2.3 氣密性試驗中存在問題的防范策略

為了防止毒性介質的泄露，壓力容器的工作人員必須做好氣密性試驗。首先，在試驗之前應該進行液壓試驗，充分保證其液壓合格。其次，氣密性試驗的過程中，要保證所有的安全附件安裝齊全，保證試驗過程安全可靠。再次，要合理選擇氣密性試驗所使用的氣體，最好選擇干燥、清潔的空氣或者氮氣等反應較慢的惰性氣體。另外，在試驗過程中，要保證壓力緩慢上升，切忌將壓力迅速升到所需壓力位。達到規定的壓力位之后，應該保持該壓力10分鐘左右，再將壓力下降至設計好的壓力位。隨后，要對壓力容器所有的焊縫或者連接部位涂肥皂水進行全面檢查。如果整個壓力容器都沒有泄露現象，則可判定該容器合格；如果有部分泄露，則應該對壓力容器進行修補，之后重新進行氣密性試驗。對于采用碳素鋼或者低合金鋼制成的壓力容器，要嚴格控制試驗的溫度，保證溫度至少為5℃。

2.4 焊接接頭無損檢測相關問題的防范策略

盡管當前用于焊接接頭無損檢驗的方法有很多種，但在實際應用過程中，工作人員必須合理選擇檢驗方法。一般來說，射線檢測對氣孔以及夾渣等體積性的缺陷更為敏感，而對面狀缺陷的檢測不夠準確。因此，在對壓力容器內部的缺陷進行無損檢驗時，必須結合實際情況來慎重考慮。同時，在采用不同的檢測方法對同一位置進行檢驗時，工作人員必須注意選擇不同的標準，切忌用同一標準對待不同的檢測方法。在對壓力容器無損檢驗完成之后，相關人員還要對重點部位進行抽檢，確保檢測結果合理準確。隨著科學技術的不斷進步，相關人員必須做好科研工作，進一步提高無損檢測技術，充分利用物理技術的最新成果，提高無損檢測技術的定位準確性；要加強無損檢測的自動化技術，提高自動化水平及檢測效率等。

3 結語

近年來，隨著社會的發展，壓力容器愈來愈普遍應用于工業生產的各行各業中。壓力容器具有特殊性，稍有不慎，就可能會造成爆炸等危險性事故，給人們的生命安全造成嚴重威脅。因此，國家相關部門及企業必須重視壓力容器的設計工作，提高容器的質量及性能。同時，在長期的實踐過程中，相關工作人員必須不斷總結壓力容器設計中存在的各種問題，并充分學習和借鑒其他單位的積極經驗，以完善壓力容器的設計工作。相信未來，在各方的共同努力之下，我國壓力容器的質量一定會大有提高。

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作者簡介：高廣（1966-），男，吉林吉林人，供職于吉林市特種設備檢驗中心，研究方向：安全工程。

（責任編輯：陳 潔）