淺析壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題

高明明(蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司，江蘇蘇州 215133)

淺析壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題

高明明(蘇州杜爾氣體化工裝備有限公司，江蘇蘇州 215133)

壓力容器的設(shè)計(jì)不僅僅關(guān)系到產(chǎn)品的制造以及檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的難易程度和運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)還直接影響到壓力容器產(chǎn)品的可靠性和安全性。本文簡要對壓力容器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，以期對壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)問題有指導(dǎo)意義。

壓力容器；設(shè)計(jì)；技術(shù)問題

壓力容器是涉及到國家財(cái)產(chǎn)以及人民生命安全的特種設(shè)備，其在軍工、能源以及石化領(lǐng)域等多個(gè)國民經(jīng)濟(jì)支撐產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。壓力容器和其他容器有著較為明顯的差別，壓力容器一般由法蘭、密封零件、開孔、接管、封頭、筒體以及支座等構(gòu)成，此外，在壓力容器的周邊還配備安全裝置以及測量儀表等，由于壓力容器內(nèi)部處于密封狀態(tài)，因此在一些特殊情況下易發(fā)生爆炸，由壓力容器造成的燃燒起火以及爆炸等會使人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅，因此當(dāng)前世界各國都將壓力容器列為重要的質(zhì)檢特種設(shè)備，其質(zhì)量檢測嚴(yán)格按照國家的法律法規(guī)以及行業(yè)的最新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于壓力容器的要求也越來越高，因此，在壓力容器的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)是保證壓力容器安全可靠運(yùn)行的重要前提。

1 壓力容器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容

在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)內(nèi)容制定時(shí)應(yīng)該注意以下三點(diǎn)要求，第一，保證經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，基于壓力容器的安全可靠性要求，其外部結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和檢修，在運(yùn)行的過程中一旦出現(xiàn)超標(biāo)缺陷或者其他問題能夠及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和消除，這樣做既能保證其實(shí)用性又能做到經(jīng)濟(jì)性；第二，確保其安全可靠，在石油化工以及軍工科研等領(lǐng)域?qū)τ趬毫θ萜鞯囊筝^高，其在運(yùn)行的過程中必須承擔(dān)相應(yīng)的壓力以及溫度等工況，由于壓力容器內(nèi)存貯了一定得能量，一旦內(nèi)部發(fā)生破壞將會帶來不可預(yù)計(jì)的嚴(yán)重后果；第三，確保其使用壽命，便于維修操作，影響壓力容器一個(gè)主要的因素是腐蝕，它會造成壓力容器穿壁甚至爛穿，因此壓力容器的設(shè)計(jì)階段就要充分考慮腐蝕性因素。

2 壓力容器設(shè)計(jì)的技術(shù)分析

2.1 計(jì)算平蓋接管的開孔補(bǔ)強(qiáng)

在進(jìn)行一些特種作業(yè)時(shí)需要在壓力容器上進(jìn)行開孔處理，但是由于在進(jìn)行開孔處理時(shí)由于壓力的擠壓作用，其周圍的受力是平時(shí)的幾倍，為了解決由于開孔帶來的安全隱患問題，避免造成傷害應(yīng)該進(jìn)行計(jì)算平蓋接管的開孔補(bǔ)強(qiáng)，開孔補(bǔ)強(qiáng)的原則是應(yīng)該保證平蓋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)之后的彎曲程度以及強(qiáng)度跟開孔前保持一致。當(dāng)壓力容器跟外部的零器件進(jìn)行連接后將會構(gòu)成一個(gè)新的整體，因此在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)階段應(yīng)該考慮到后期會增加多少厚度的材料，在進(jìn)行重新構(gòu)造之后應(yīng)該重新進(jìn)行計(jì)算。

2.2 錐封圓筒連接處分析

在壓力容器錐封圓筒的連接處的元件比較多，當(dāng)外部的元件幾何形狀發(fā)生改變時(shí)，在外部負(fù)荷的作用下將會產(chǎn)生較大的邊緣應(yīng)力，如果這種壓力無法得到釋放將會導(dǎo)致壓力容器與外部的連接處出現(xiàn)超負(fù)荷的情況，在情況嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性遭到破壞。對于錐封圓筒而言，無論是真空還是外部壓力的情況下都應(yīng)該視為一種單獨(dú)的器件，將其視為一個(gè)剛性物體，因此錐封圓筒周圍的有效截面積慣性矩應(yīng)該大于剛性支撐的慣性矩才能保證其穩(wěn)定。錐封圓筒連接處應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)有效的分析和計(jì)算，錐封圓筒的設(shè)計(jì)是一個(gè)完整連貫的組合，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能忽視，設(shè)計(jì)者應(yīng)該充分考慮錐封圓筒的外壓長度，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中如果外部壓力過大時(shí)將會造成其連接處出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

2.3 應(yīng)力腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)

應(yīng)力腐蝕是一個(gè)完整的腐蝕體系，其共同點(diǎn)是由于壓力容器的金屬材料在具有腐蝕性的環(huán)境下遭受到高拉力的作用而導(dǎo)致元器件損壞。為了避免應(yīng)力腐蝕，設(shè)計(jì)者應(yīng)該找到應(yīng)力產(chǎn)生的根源，這樣在設(shè)計(jì)中才會具有針對性和專一性，不同的應(yīng)力體系會受到不同的應(yīng)力腐蝕環(huán)境，雖然起始指標(biāo)存在差異性，但是其最終結(jié)果都一樣。在進(jìn)行應(yīng)力腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)該充分考慮到不同的環(huán)境應(yīng)力所產(chǎn)生的不同腐蝕體系，同時(shí)還要進(jìn)行減震、減輕設(shè)計(jì)。為了保證壓力容器的零件受到應(yīng)力腐蝕應(yīng)該選取抗應(yīng)力腐蝕的材質(zhì)，改善腐蝕環(huán)境。

2.4 概率設(shè)計(jì)

概率設(shè)計(jì)是采用近現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，對壓力容器進(jìn)行全面的安全以及經(jīng)濟(jì)性評估，失效的可能性大小能夠用來進(jìn)行概率計(jì)算，此外，概率設(shè)計(jì)能夠有效的降低事故發(fā)生率，保障其安全可靠性，通過概率設(shè)計(jì)可以將壓力容器的各個(gè)零件進(jìn)行科學(xué)合理的可靠性概率分配，這樣既能符合經(jīng)濟(jì)型原則，又能滿足整體要求。

3 結(jié)語

綜上所述，壓力容器是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中必不可少的特種設(shè)備，在進(jìn)行設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照國家的相關(guān)法律法規(guī)以及最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保壓力容器安全可靠，在設(shè)計(jì)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，不斷進(jìn)行方案的修改和完善，加強(qiáng)內(nèi)部經(jīng)驗(yàn)技術(shù)交流，不斷通過學(xué)習(xí)總結(jié)提高設(shè)計(jì)人員自身的綜合素質(zhì)，確保設(shè)計(jì)的壓力容器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)原則性的錯(cuò)誤。

[1]吳睿.應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器參數(shù)設(shè)計(jì)的研究[M].蘭州.蘭州理工大學(xué)出版社，2012.

[2]戚居良.壓力容器參數(shù)設(shè)計(jì)的研究[M].沈陽.沈陽工業(yè)大學(xué)出版社，2014.