淺談壓力容器設(shè)計(jì)及容易忽視的問(wèn)題

紀(jì)媛++吳成義++王麗博++曹野

摘 要：在石油、化工行業(yè)中，壓力容器是比較常見(jiàn)的必備設(shè)備，因其具有一定的特殊性，所以作為一種特殊設(shè)備被廣泛應(yīng)用。由于其安全性能不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生安全事故，對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)具有不利影響，所以，在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要嚴(yán)格考慮其安全性，將安全事故的發(fā)生概率降至最低，以此確保工業(yè)生產(chǎn)安全，保證人們的生命安全。本文從壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求開(kāi)始，分析壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽略的問(wèn)題，進(jìn)而針對(duì)這些問(wèn)題提出預(yù)防策略。

關(guān)鍵詞：壓力容器；設(shè)計(jì)；問(wèn)題與對(duì)策

引言

壓力容器質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響其是否能夠正常運(yùn)行，關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全。通常，壓力容器都是長(zhǎng)期處在高溫、高壓、高腐蝕的環(huán)境中工作，環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)，壓力容器如果出現(xiàn)破損，就有可能引發(fā)爆炸、燃燒，有毒氣體的泄露等等，如（H2S，H2，NH3）。任何一種事故的發(fā)生，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)車(chē)間來(lái)說(shuō)都是毀滅性的，對(duì)于工作人員的生命將造成不可挽回的傷害。所以，壓力容器質(zhì)量的優(yōu)與劣，不僅關(guān)乎企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，更是關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展與社會(huì)的和諧。因而必須對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的管理，同時(shí)提高質(zhì)量要求，保證壓力容器的安全，從而確保工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求

1、工藝要求

鑒于壓力容器的質(zhì)量如此重要，所以對(duì)其工藝有著相當(dāng)高的要求，比如壁厚、容積、直徑等等。除此之外，還對(duì)工作溫度、密封結(jié)構(gòu)和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)也有著相當(dāng)高的要求，以此達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)范。

2、使用壽命的保障

目前大多數(shù)的壓力容器，并非為單一的靜設(shè)備，常常作為動(dòng)設(shè)備的附屬設(shè)備，

用于工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。例如我們單位的壓力容器基本都是與壓縮機(jī)主機(jī)部分通過(guò)法蘭相連接，本質(zhì)上由靜設(shè)備轉(zhuǎn)為動(dòng)設(shè)備。所以就使得壓力容器長(zhǎng)期處在比較復(fù)雜并且惡劣的環(huán)境中，如壓縮機(jī)的振動(dòng)或氣體對(duì)設(shè)備本體的腐蝕等，就導(dǎo)致壓力容器材料具有容易老化、壁厚減薄、產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂等特點(diǎn)。所以，為了延長(zhǎng)其使用壽命，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要提高其安全系數(shù)，從而提升壓力容器使用壽命。

3、確保使用安全

正常情況下，壓力容器存儲(chǔ)的都屬于高腐蝕、易燃易爆的物質(zhì)，稍有不慎就可能引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。隨著時(shí)間的推移，這些物質(zhì)在壓力容器中的時(shí)間也增加，對(duì)于壓力容器的侵蝕就更加嚴(yán)重，出現(xiàn)能量聚集的現(xiàn)象，這種情況下，如果容器質(zhì)量存在瑕疵，就有可能引發(fā)能量的瞬間釋放，引發(fā)強(qiáng)烈的破壞力。

4、提升使用便利性

如上所述，壓力容器的工藝要求都比較高，同時(shí)有要求其具有一定的便利性。為了在最大程度上滿足其便利性，在設(shè)計(jì)中就應(yīng)該降低危險(xiǎn)系數(shù)，提升安全屬性。在設(shè)計(jì)中，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和合理性，一方面能夠在很大程度上提升制造和質(zhì)檢的便利，另一方面對(duì)于設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升也具有很大的促進(jìn)作用，還可以有效節(jié)約使用成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二、壓力容器設(shè)計(jì)中容易忽略的問(wèn)題

1、材料問(wèn)題

如果設(shè)計(jì)壓力較大，并且以碳素鋼作為容器的材料，就應(yīng)該適當(dāng)增加設(shè)備殼體壁厚，這樣一來(lái)就會(huì)增加壓力容器的質(zhì)量，增加成本。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)壓力容器的強(qiáng)度要求比較高，同時(shí)殼體壁厚大于8mm的時(shí)候，最好使用低合金鋼作為容器的材料。如果設(shè)計(jì)壓力不大，容器直徑大，并且對(duì)容器的剛度以及結(jié)構(gòu)要求比較高的時(shí)候，最好選用普通碳素鋼作為容器材料。

2、法蘭問(wèn)題

關(guān)于法蘭的設(shè)計(jì)，我國(guó)相關(guān)規(guī)范有著明確而又嚴(yán)格的要求。在設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)法蘭問(wèn)題的主要原因，就是設(shè)計(jì)人員對(duì)于法蘭的使用不夠了解，無(wú)法嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致選擇不合適的法蘭，比如，由于設(shè)計(jì)的失當(dāng)，導(dǎo)致其變形、泄露等問(wèn)題的出現(xiàn)，所以，設(shè)計(jì)人員必須熟練掌握法蘭的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與使用要求，在設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇最恰當(dāng)?shù)姆ㄌm類(lèi)型。

3、分離罐設(shè)計(jì)問(wèn)題

在分離罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題上，最容易出問(wèn)題的就是分離罐的出氣口到進(jìn)氣口的有效距離。如氣液分離器，如果有效距離出現(xiàn)較大的誤差，就會(huì)使氣液分離器分離不充分，發(fā)生出氣口仍是氣液混合物，導(dǎo)致分離罐無(wú)法正常工作。所以，在進(jìn)行分離罐設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，按照計(jì)算結(jié)果確定有效距離。

4、儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題

儲(chǔ)氣罐最主要的功能就是儲(chǔ)存氣體，這就要求其必須有一定的抗壓能力，所以容器的材料使用十分重要。尤其是立式儲(chǔ)氣罐，設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算壓力應(yīng)考慮液柱的靜壓力，避免壁厚計(jì)算時(shí)發(fā)生欠缺考慮，從而導(dǎo)致壁厚減薄現(xiàn)象的發(fā)生。其次根據(jù)儲(chǔ)氣罐的壓力要求選擇合理用材，然后對(duì)其尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

三、壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)對(duì)策

1、材料代用問(wèn)題的解決措施

在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，很多時(shí)候由于一些外在因素的影響，出現(xiàn)厚板代薄板的情況，應(yīng)該予以重視，在沒(méi)有進(jìn)行受力分析的情況下，這種取代關(guān)系對(duì)于容器的受力具有非常不利的影響，必須采取一定的手段消除這種影響。比如說(shuō)，當(dāng)采用厚板之后，必須削平封頭與各個(gè)部位同主體之間的連接邊角，以此減小應(yīng)力集中現(xiàn)象；另一方面，也要考慮到連接部位由于套筒焊接而發(fā)生的應(yīng)力變化。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，不能僅僅考慮容器材料的厚薄，而是應(yīng)該關(guān)注其強(qiáng)度與剛度的要求，根據(jù)這兩者的具體要求，分別選擇合適的材料。

2、法蘭的選擇

在法蘭的選擇中，管法蘭比容器法蘭更加難以抉擇，因?yàn)楣芊ㄌm的壓力等級(jí)一定要比法蘭在設(shè)計(jì)溫度下的最大無(wú)沖擊壓力要大。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，壓力容器處在高壓、高溫、高腐蝕的環(huán)境當(dāng)中，如果選擇不銹鋼材質(zhì)的法蘭，那么管法蘭的最大無(wú)沖壓力就會(huì)由于高溫環(huán)境的影響而有所下降，這樣的話，就必須選擇壓力更高的法蘭，保證在設(shè)計(jì)溫度條件下，管法蘭的設(shè)計(jì)壓力小于最大無(wú)沖擊壓力。

3、分離罐和儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題

在對(duì)分離罐進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)容器的不同用途，對(duì)進(jìn)氣口與出氣口之間的有效距離進(jìn)行精確的計(jì)算，盡量減小誤差。在儲(chǔ)氣罐設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮到其使用壽命的問(wèn)題，對(duì)儲(chǔ)氣罐的材料使用，直徑、尺寸問(wèn)題進(jìn)行合理的分析，特別是應(yīng)該控制罐體的長(zhǎng)度和直徑的比值，保證該比值在合理的范圍為內(nèi)，這樣才能最大限度的發(fā)揮其使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工業(yè)企業(yè)在進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要考慮全面，不能忽略任何一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)應(yīng)該針對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)，制定嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，全社會(huì)合力，保證壓力容器的質(zhì)量，從而確保其性能的安全，保證使用過(guò)程的穩(wěn)定性。另一方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極學(xué)習(xí)各個(gè)企業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)容易出現(xiàn)的問(wèn)題要反復(fù)核查，避免類(lèi)似的問(wèn)題影響容器質(zhì)量，從設(shè)計(jì)上保證壓力容器的質(zhì)量，確保其運(yùn)行的安全，從而保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)社會(huì)的和諧。

參考文獻(xiàn)：

【1】王婷，王靜，邱金梁.探討壓力容器設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方法[J].化工管理，2013（4）

【2】李崇勇，關(guān)慶賀，張光.壓力容器設(shè)計(jì)壓力的確定[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2015（1）