壓力容器設計中的常見問題及防范策略

謝紅梅

摘 要：壓力容器在工業生產中起到至關重要的作用，但是其具有較高的危險性，對工業企業的經濟財產安全具有直接影響。本文主要從壓力容器設計中常見的幾個問題入手，重點對壓力容器設計中常見問題的防范策略進行了分析和闡述，希望給行業相關人士一定的參考和借鑒。

關鍵詞：壓力容器；設計；材料；熱處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.202

1 引言

壓力容器指的是用來盛裝氣體或者液體，并具有一定壓力的密閉性容器設備。隨著經濟及科技的迅猛發展，壓力容器的種類日漸增多，依據承壓等級來劃分，壓力容器可以分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器；依據盛裝介質來劃分，壓力容器可以分為易燃有毒、非易燃無毒以及劇毒等；依據制造工藝來劃分，壓力容易可以分為換熱容器、反應容器、貯運容器和分離容等類型。

2 壓力容器設計中常見的幾個問題

2.1 忽略壓力容器常規的使用壽命

近年來，壓力容器的使用年限逐步成為國家關注的焦點，應盡量避免因壓力容器使用超限而造成安全問題出現。《固容規》有著非常明確的規定：在進行圖紙設計的過程，設計單位必須對壓力容器的設計使用年限予以重點標注。然而在實際操作過程中，大部分設計單位對這項規定并未嚴格執行，忽略了對壓力容器使用年限的標注，同時部分使用者雖然注意了壓力容器的設計使用年限，但在實際操作過程中憑借自身經驗，對其使用年限進行任意延長。因此，在壓力容器的設計過程中，設計人員應對影響容器使用壽命的各類因素予以充分考慮，并在設計圖中對設計使用壽命予以重點標注。

2.2 設計人員錯誤估計了材料的變化

材料的使用是壓力容器設計的關鍵環節。依據壓力容器使用工況、制作工藝及實際需求，其制造材料也不盡相同。加上，受力情況不同、腐蝕程度不同對材料造成的影響也不同。因此，在實際操作過程中，壓力容器的設計人員需要對這些影響因素進行綜合考慮，一旦選用材料出現變化，那么其受力情況及其他指標也會相應地出現變化，需要重新計算。部分設計人員誤認為增加材料厚度就會提升容器的承壓能力，實際并非如此。材料厚度增加，殼體的受力就會從平面應力狀態轉變為平面應變狀態，極易導致殼體變脆，甚至出現斷裂危險。

2.3 設計過程中的熱處理問題

多數情況下，鋼板冷成型受壓元件需要經過一定的熱處理工藝。例如，所盛裝的液體具有較強的毒性和腐蝕性時，合成鋼在成型后會降低一定的厚度，要想成型變形率達到相關指標的要求，就必須采用熱處理工藝，確保材料原本性能的恢復。然而在實際操作過程中，設計人員通常會對容器壁和封頭的熱處理進行重點關注，卻忽略了接管處的熱處理，導致材料變形的情況出現，無法達到相關標準要求。

3 解決策略

3.1 關于壓力容器使用年限設計的防范策略

具體來說，需要做到以下幾個方面：第一，在對壓力容器進行使用年限設計的過程中，設計人員必須對容器使用的實際環境進行充分考慮，盡可能降低安全隱患的發生頻率；第二，依據使用材料，對壓力容器的內外部壓力以及耐腐性能力進行測算，以便實現對使用年限的合理計算；第三，設計人員還應該在最惡劣環境下對壓力容器的使用壽命進行模擬；第四，把操作不當等因素考慮在內，并在圖紙相應位置予以警示。

3.2 關于壓力容器設計材料變更的防范策略

在選擇材料的過程中，工作人員要對材料的屬性能否滿足壓力容器的使用要求予以重點關注。一旦用戶對壓力容器提出了更為苛刻的要求，比如要求容器變薄等，設計人員則必須重新分析容器的受力情況，從而得出容器能夠承受的最大減薄程度；如果要求容器變厚，設計人員則需要對容器變厚之后的拉應力予以重點控制，以防出現干裂情況。總而言之，設計人員需要對材料變更予以高度重視，并采取合理措施解決問題。

3.3 關于設計過程中熱處理問題的防范策略

為降低成本，很多壓力容器設計單位在設計接管部分的過程中，使用了一些低合金鋼管或者碳鋼，雖然在理論上符合設計要求，但是卻忽略了熱處理問題。這主要是由于合金鋼板或者碳鋼經過冷卻卷制成型后，如果沒有經過熱處理，極易導致鋼鐵內部微小晶粒出現歪扭、破碎情況，鋼板的可塑性大大降低。這明顯與壓力容器安全生產的原則不符，所以過厚的鋼板經過冷卻加工之后，必須進行結晶退火等一系列熱處理工藝，科學提升鋼板的可塑性，為確保壓力容器的安全性和可靠性打下堅實基礎。

4 結語

總而言之，壓力容器是一項重要的特種設備，危險性較高，因此設計人員必須謹遵“安全第一、預防為主”的原則，在對國家標準及規定予以充分了解的基礎上，對壓力容器進行設計，以便有效提升容器使用的安全性和穩定性，確保國家及企業財產免遭損失。

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