淺談壓力容器的機械強度可靠性設計

李野+王歡

摘要：壓力容器機械強度設計之初有很多內容需要考慮清楚。如強度設計之前需要先設計一個應力干涉模型，用以清晰的找到機械設計的核心點，然后將獲取的經驗全部應用到實際的設計中。設計或者實現可靠性設計方案的時候，壓力工作環境的考慮以及實驗數據的關鍵特征選取十分重要，另外要切實的考慮到壓力容器機械強度設計的主要規定內容，這是用以規范科學設計的前提基礎。本文主要研究壓力容器機械的輕度可靠性設計要素，并對其中設計的問題進行重點提及，然后探究發展中需要重點延伸的方向。

關鍵詞：壓力容器；機械強度；可靠性設計

研究壓力容器機械可靠性研究時要考慮各項細節問題，由于所有的幾何尺寸或者強度均處于普通的隨機變量中，壓力的容器承載值也就處于恒定不變的數值中。所以日常進行壓力溶劑機械強度可靠性研究的時候，需要認真地考慮所有的變量，然后根據具體情況細致考慮到其中的細節部分。壓力容器的機械強度可靠性因為涉及因素較多，所以其體現出的是一個綜合性的過程，如果進行細分的話可以將其分為四個方面，分別是壓力容器機械強度的設計、制造、應用于維護四方面。壓力容器機械強度可靠性設計水平在一定程度上影響著它固有的可靠度，如果能夠把所有的機械強度變量都能夠控制在科學合理并且安全的狀態下，那么在設立強度應力模型之后就能夠順利計算出它的可靠性。

一、壓力容器的機械強度可靠性設計理論方法

（一）基礎理論。壓力容器的機械強度可靠性設計首先必須要考慮到國家的設計標準，在這個設計的過程中必須要同時考察厚度的兩個內容，它們分別為計算厚度與厚度的附加量。在壓力容器厚度計算的時候必須要能夠依據正確的計算方式來對它的壓力實施科學計算最終可以得到厚度的數值。在壓力容器厚度附加量通常是因為所有的剛才厚度有著篇差，并且也要考慮到壓力容器的腐蝕量來一起發揮各自的作用。在這里必須要注意到厚度偏差在進行正常的選取過程中一定要能夠依據我國鋼材料標準規定值范圍實施科學、正確的選取。腐蝕裕量在實際實施正常的計算必須要能夠依據壓力容器本身的設計壽命以及應用鋼材在整個研究過程中實施科學統一的介質腐蝕塑料以及平均值來實施確定。

（二）要深入實際、收集可靠數據。根據當前現有的研究內容能夠輕易的知道在壓力容器的內壓圓筒體的可靠性設計的時候必須能夠清楚知道，應用彈性失效中徑公式能夠在一定程度上解決極限狀態的函數實施研究，在此時假如它會十分順利的話就可以把屈服極限就能夠在廣泛的意義上確保強度極限的最大值，之后可以依據在上述過程中篩選與決定筒體失敗概率，可是從實際情況來看壓力容器的機械強度可靠性設計是否科學和合理，能夠以此為基礎來增加當前存在的腐蝕裕量的取值，雖然很多的研究資料中已經表明了壓力容器的機械強度可靠性設計能夠計算與預測筒體應用壽命的詳細方法，因此在壓力容器的機械強度可靠性設計中要想時刻關注壓力容器，就必須要能夠深入實際來了解腐蝕深度，并能夠計算壓力，并能能夠通過多年的腐蝕深度的準確數據來確定。

二、壓力容器的機械強度可靠性設計方法

（一）受壓元件材料的合理選用。受壓元件材料的選用對于壓力容器的機械強度能夠產生重要影響，其一般取決于設計壓力、設計溫度及工作介質等因素。在進行壓力容器設計時，除了嚴格按照GB150-1998《鋼制壓力容器》、GB151-89《鋼制管殼式換熱器》及勞動部頒發《壓力容器安全監察規程》等進行選材外，還特別注意介質特性對受壓元件的影響。因為介質的腐蝕性，介質的易燃易爆程度和毒性程度均直接決定著選材。總之，壓力容器受壓元件材料的選用不僅要根據容器的工作壓力和溫度及必須在設計標準與規范的允許范圍，而且還應特別注意介質特性對材料性能的影響。

（二）選擇合理的結構設計。對于壓力容器的機械強度可靠性設計必須要選擇合理的結構設計，此時要求我們設計人員充分發揮自己的能動性，盡可能在設計中做到精益求精，結構設計合理。合理的結構指的是容易施工，加工完畢后的殘余應力低，應力集中小，應力分布合理的結構。壓力容器接管及開孔補強結構設計，是結構設計中的一大內容：1.接管方面的內容：（1）接管補強結構設計；（2）接管防腐結構設計；（3）接管開孔的焊接結構尺寸及相關問題；（4）其它方面的結構，如防沖擊、防振動、防外載荷結構設計等。2.關于補強結構的內容：（1）一般工況下的結構；（2）承受交變或疲勞載荷的結構；（3）高低溫下的結構；（4）大開孔結構；（5）非徑向開孔結構；（6）其它情況下的補強結構。

（三）注重設計過程中的安全操作和管理。壓力容器的機械強度可靠性設計可以直接關系到日后的安全操作和管理，并能夠對其安全運行有著重大的影響，很多壓力容器事故皆是由于操作不當和管理不善所致。因此在進行壓力容器設計時，對于那些操作較為特殊的設備，應制訂出其操作規程，使得設備操作運行有法可依，以防止因誤操作而出現安全事故。對于工作性質較為特殊的設備，如介質腐蝕嚴重及磨損較大的設備，應定期檢驗，其檢驗周期每年至少一次，并應在圖紙上給予明確提出。另外設備上的安全閥規格及安全閥起跳壓力、爆破片型式及爆破壓力都應在設計圖紙上給予注明。對于盛裝高度、極度危害介質的容器安全附件的泄放處理也應作出要求，以防發生意外。總之，設計者在圖樣上應該將安全操作要求詳細規定或以操作說明書形式，以指導壓力容器的安全操作及管理，保證其安全運行。

（四）重視極限情況的存在

壓力容器使用的時候，由于筒體的厚度不同產生的變化也不同，不同的壓力對筒體的影響也不同。另外，筒體受到應力等作用的影響，變化也會經常出現，由于應力的發生有部分不可控性。故此，壓力容器機械強度可靠性設計的時候，筒體的厚度，應力等都要考慮到，另外要切實的考慮到筒體盛放的液體是否能腐蝕筒體，科研人員需要使用數據和公式進行計算，掌握何種厚度最為合適不但不會影響機械的使用強度，能讓腐蝕降低到最低。我們知道壓力容器的筒體一旦受到應力影響，會產生的破壞情況有以下兩種，第一種是壓力筒體出現屈服失效的狀況；第二種情況是壓力容器筒體出現斷裂。基于此，科研人員先要分析在壓力容器極限情況下失效會帶來的危害，以及提升壓力作用下的容器抗壓值，進而提高壓力的可靠性。

三、結語

壓力容器的機械強度可靠性設計過程中涉及到的因素眾多，必須要將所有因素全部考慮齊全，才能增加設計的可靠性。但是壓力容器安全系數隨意性較大，可靠性設計方法認為其部件上的應力、強度都是隨機變量或者直接為零，其主要的特點就是離散。因此壓力容器機械強度的可靠性設計是常規設計的一種深化處理，壓力容器的機械性強度一定要將容器的所有構件的設計計算結果充分進行使用。

參考文獻

[1]胡小芳，鄭小海.對壓力容器的機械強度可靠性設計的探討[J].化工管理，2015（19）.

[2]祖榮祺.可靠性設計在壓力容器設計中的應用（一）[J].化工設備設計，1985（02）.