淺談壓力容器設計注意的幾個問題

張同勝 李 霄 單伯超

山東聯盟特種裝備有限公司

淺談壓力容器設計注意的幾個問題

張同勝 李 霄 單伯超

山東聯盟特種裝備有限公司

在科學技術突飛猛進的現代社會，技術人員越來越注意到壓力容器設計過程的重要性。壓力容器在目前的運輸和存儲等方面應用十分廣泛，如何改進壓力容器的設計水平也始終是研究者所關注的重點問題。設計壓力容器時必須采用嚴格的技術要求，在頒布的新規定的指導下綜合考慮影響壓力容器使用的可靠性的因素，并解決壓力容器出現的問題，從而使壓力容器的具有優異的性能。鑒于此，本文主要分析壓力容器設計注意的幾個問題。

壓力容器；設計；問題

1、概述

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。

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、對壓力容器在設計中存在的問題的防范措施

3.1 針對使用年限問題的防范措施

就這個問題而言，設計人員在實際設計壓力容器的過程中，理解并掌握與壓力容器的設計有關聯的設計技術標準，加大力度研究壓力容器的使用壽命問題，采用高科技方法以及先進的技術，觀察影響壓力容器使用年限的主要因素，進而既科學又準確地估計出壓力容器的使用年限，防止估計的使用壽命變短或者變長，增加工廠的經濟收益，達到真正的安全性生產。

以下幾個方面是具體地估計壓力容器的使用年限的步驟，第一步就是弄清楚壓力容器的腐蝕狀況，如果壓力容器受到嚴重的腐蝕，則使用時間會極大地變短，腐蝕速度的快慢程度是材料的均勻腐蝕性能的指標。設計人員在合理計算容器的使用壽命時，需要考慮到材料的腐蝕速率。為了能夠更加精確以及科學地預計出容器的最大極限腐蝕裕量等數據，必須考慮到受到的外力的具體情況。

3.2 針對材料變化的防范措施

在設計壓力容器的過程中，不同階段對應選擇不同的材料，設計時需要注意比較薄的材料改為厚的材料，這樣造成厚度不同的鋼板相互之間連接的結構不相同。其中，要特別注意加厚的封頭與殼體部分之間的相互連接，且加厚的封頭必須要進行削邊處理，除此之外，在筒體與管板的連接中，厚度急劇變化使得焊接接頭的應力增加，這嚴重影響了焊接部分的質量。

由于鋼板厚度影響著鋼板的許用應力，所以，設計人員采用“以厚代薄”的辦法對鋼板進行替換，認為能夠提高牢固性，事實上這樣的想法是錯誤的。如果那樣做會很難預測壓力容器的應力，得到錯誤的估計的結果，誤差比較大，質量非常容易出現問題。所以，為了獲得準確性的預計結果，在壓力容器的設計時要防止換板的現象的發生。

3.3 針對壓力容器設計熱處理的防范措施

壓力容器的設計過程中出現的常見的問題也包括熱處理的問題，在對厚度是20mm以及直徑是400mm左右的低合金鋼的壓力容器進行接管設計時，最好的是設計成無縫鋼管。當設計者在設計過程中沒有留意到熱處理的問題時，壓力容器的各個功能會受到影響，導致接管過程出現問題。

通常情況下，硬度較大或者厚度過大的鋼板的塑性很差，厚度大但是直徑比較小的筒體鋼材進行冷卻卷曲工作后，其具有很大的變形幅度，硬度會因此而發生很大程度的改變，原因是由于塑性的急劇降低和內應力的變大導致容器不能正常工作，更有甚者產生少許的裂痕，壓力容器的安全性受到極大的挑戰。因此，就厚度很特別的鋼板，為了使鋼板的塑性、強度以及硬度得到提高，退火工藝必須在冷成型過后進行。

總之，壓力容器在許多的企業和工業得到廣泛的運用，尤其是與石油或者化工相關的企業，因此，壓力容器在工業中具有極其重要的位置。由于我國在壓力容器方面的技術還不夠成熟，設計壓力容器時會發生不少的問題。從容器的設計到制造再到調試安裝，各個步驟都必須符合可靠性要求。壓力容器的設計人員要有扎實的相關知識，可以很好地把握壓力容器在設計中出現的問題，并防止問題的產生。

[1]丁海超，李京富，張麒.淺談壓力容器設計及應注意的問題[J].山東工業技術，2015，(17)：228.

[2]李鴻雁.淺談壓力容器設計應注意的問題[J].黑龍江科技信息，2015，(19)：68.

[3]張明慧，康健，周燕華.淺談壓力容器設計應注意的幾個問題[J].氮肥技術，2013，(05)：6-8.