壓力容器設計壓力的可靠性探討

劉一飛

[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。本文就從壓力容器的設計壓力方面出發，對于如何確保壓力容器設計壓力的可靠性提出自己的一些見解，希望能夠更好地推動我國壓力容器的穩定發展。就從壓力容器的設計壓力方面出發，對于如何確保壓力容器設計壓力的可靠性提出自己的一些見解，希望能夠更好地推動我國壓力容器的穩定發展。

[關鍵詞]壓力容器 設計壓力 可靠性

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0037-01

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。

一、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。

二、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。

三、壓力容器的設計壓力可靠性問題

在壓力容器的設計過程中，必須要設計出安全、可靠和經濟的容器。在系統設置的安全閥，壓力容器的設計壓力與工作壓力這是我們必須要考慮的問題之一，但是，在對安全閥整定的壓力設計上可以選取容器的工作壓力，這樣，壓力容器的安全性就能夠得到保證，但是，如何來進一步加強技術上的可靠性，這是一個非常值得探討的問題，而且，在實際設計中，設計壓力以及安全閥的整定壓力可靠性已經成為系統化的工程，例如，P與PZ和PW關系上的具體數值和工藝流程有關，也就是在最高的工作壓力的選取和安全閥的回座壓力有著密切的關系。如果是安全閥在壓力容器的正常運行狀態下處于泄露，或者是開啟之后不能正常的回歸到原位，這樣就會成為系統安全的一個壓力控制器，卻并不能起到一個防止壓力超額安全值的作用。

（一）壓力特征和壓力差

在很多的研究過程中，相應的論述了容器的變化以及氣體安全閥壓力特性的關系，切實根據自身的標準的規定，從安全性的考慮上看，壓力容器的設計壓力應該要能夠整體上大于安全閥的整定壓力，這樣就能夠確保安全閥的壓力保持在一定的范圍內，壓力容器在短時期內能夠允許的工作壓力大于安全閥的排放壓力，同時，壓力容器所設計的壓力基本是上等于安全閥的整定壓力，這是現階段最為經濟性的選擇。另外，我們還需要注意，在安全閥回座壓力是安全閥排放后可以重新進行與閥座進行接觸，也就是能夠開啟高度變為零時，安全閥進口靜壓力，如果是泄露之后的壓力，就是通常在安全閥密封試驗壓力或者是密封喪失的壓力，這是當前安全閥芯和閥座之間的密封保證值。從以上情況分析中可以看出，為了能夠確保壓力容器設計的安全性，就必須要確保壓力容器的正常工作壓力，其中就包括是正常運行的一切工況，例如是啟動、停車和流程波動等壓力變化，并能夠使得最高的工作壓力小于安全閥的回座壓力。第二，在壓力容器在最高的正常工作壓力小于安全閥的密封試驗壓力，這樣就能夠確保安全閥的正常運行狀態，確保安全閥的各項正常功能，而不應該將安全閥變為系統的一個壓力控制器。

（二）壓力容器設計過程中需注意的問題

在我國目前的壓力容器設計過程中，常規的設計就是計算的電算化以及畫圖電腦化，設計者不僅僅要通過依賴電算，還要對國際相應的標準進行理解，如果是忽視計算過程，只是注重計算結果，這樣就會容易產生錯誤的結論和安全隱患。尤其是在材料化工選用鋼材時，就必須要考慮到設備的設計壓力和設計溫度，能夠巧妙地處理好材料的焊接性能，另外，為了能夠考慮到經濟的合理性，就不能夠盲目提高鋼板等級，在設計壓力較大時，以及結構尺寸過大時，如果是選用碳素鋼作為殼體材料，這樣不僅僅會嚴重導致了設備殼體壁厚增大，質量上的增加，還會增加制造運輸和安裝土建等基礎性的建設費用，所以，我們就必須要注重選用材料，才能更好確保壓力容器的設計壓力可靠性。

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。

參考文獻

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