淺談壓力容器設計中應注意的問題

文/王歡 李野

壓力容器是現代工業生產中應用領域非常廣泛的器件，由于生產領域、環境的復雜性和多變性，使得壓力容器在具體的生產過程中會出現這樣那樣的故障和問題。例如，在石油化工領域和化肥產品的生產中，由于往往使用的是常規材料制作的壓力容器，在生產中一旦溫度過高超過壓力容器材料本身的承受能力，壓力容器就會遭到破壞并且出現一定的生產事故。基于此，工業生產中，應特別注重壓力容器的設計與使用。

壓力容器；設計；問題；措施

在實際的生產中，影響壓力容器正常運轉的因素有很多，其中最重要的影響因素是壓力容器本身的質量優劣。因為壓力容器一般都是應用在極端生產條件下，溫度、壓力都非常高，且環境往往具有較強的腐蝕性。正是因為這樣，壓力容器在使用中一旦由于質量問題發生破裂，則極容易引起爆炸、燃燒甚至是釋放出有毒氣體危急周圍人們的生命財產安危。正是因為這樣，工業生產領域中壓力容器的質量優劣，直接影響著企業生產成本、經濟生產的效率和利益，尤其與周圍人的生命財產安全緊密相關。因此，對于壓力容器設計和質量管理應制定嚴格的執行標準，以從根本上減少安全隱患。

1 壓力容器的設計要求

壓力容器是化工、石油、機械、冶金、核能、航空、航天等行業廣泛應用的承壓裝置，要求壓力容器在設計和生產過程中能夠保障設備的安全性和可靠性。

1.1 保障安全性

安全是第一位的，保障壓力容器設備運行的安全性是壓力容器在設計之初就必須要考慮的問題。由于壓力容器工作的環境大都十分危險，所以要求壓力容器必須具備充足的強度和穩定性以及密封性，才能保證設備在使用中的安全性。壓力容器內部的零部件之間除了螺栓的連接處之外，基本上都是經過焊接處理的，因此在載荷的應力作用下，必須要求設備本體材料和焊接接頭處能夠具備足夠的強度。由于焊接接頭是后期焊接的，在焊接過程中可能會產生某些缺陷，而這些缺陷會導致設備整體質量的下降。因此在壓力容器的設計之初，就對焊接部位的設計強度和后期檢驗過程制定了嚴格的要求。保障即使在承受足夠的載荷應力作用下，焊接部位也具備足夠的強度，不會發生變形。

壓力容器的密封性關系到工作人員的生命安全和工廠正常運行的大事。高質量的壓力容器就是要求壓力容器或者焊接部位即使在載荷應力的作用下，也不會突然變形。壓力容器的設計還要考慮對容器本身的耐腐蝕性，壓力容器的工作環境中有大量的腐蝕氣體或液體，因此容器本身材質的耐腐蝕性也是極為重要的。

1.2 符合使用要求，保障成本

壓力容器在設計上的結構形式，工藝條件及規格大小都是由設備在具體應用中根據實際工藝需要來決定的。因此設備的設計必須能滿足工藝條件的要求，如能耐高溫（或低溫），高壓，耐腐蝕；另外需滿足設備在工藝上的作用，如儲存，換熱，反應。

2 壓力容器設計中要注意的問題

2.1 容器本身材料的選擇

制作壓力容器所需要的材質必須能夠承受住壓力容器在運行中所承受的高溫、高壓或者腐蝕性情況，此外制作成本也是壓力容器在設計中所必須要考慮的問題，不合理的選擇材料只會浪費資金。

在壓力容器的結構尺寸和壓力強度都較大、并且以材料的強度為主的情況下，低合金鋼是第一選擇；在壓力容器的結構尺寸和壓力強度較低、并且以結構或者剛度為主的情況下，碳素鋼就能滿足壓力容器的制作過程，這樣就能制造出低成本高安全性的壓力容器了。壓力容器的選材和制作過程應該滿足我國制定的相關法律和法規以及工廠內部的質量要求。

壓力容器的設計首先要考慮設備的安全性和可靠性，其次要考慮設備的經濟效益。在保障壓力容器的使用壽命的前提之下合理選材，在保障壓力容器的設計工藝達到所需標準的要求之下對結構進行簡化，以便于設備的大規模生產和檢驗，減少后期維修的步驟，降低設備的生產成本，增加更多的收益。

2.2 法蘭的選擇

我國對于容器法蘭和管法蘭的生產標準都有著明確的要求，在不同壓力容器的設計制作中法蘭的選擇應該根據情況的不同選擇也是不同的，各地要統一法蘭的使用標準，以免在后期法蘭容器的使用安裝過程中出現尺寸不一的情況。

容器法蘭的選擇中以內徑為公稱直徑的壓力容器法蘭應該按照我國制定的《壓力容器法蘭》來進行選擇，以外徑作為公稱直徑的壓力容器的法蘭選擇應該按照《鋼制管法蘭》來進行選擇。

管法蘭在選擇上要比容器法蘭復雜，因為管法蘭的壓力等級一定要比法蘭在設計溫度下的最大無沖擊壓力要大。例如在化工企業的生產過程中，壓力容器大都處于高溫、高壓的環境下，如果管法蘭的材質選用不銹鋼來制作，那么在高溫的環境影響下，管法蘭的最大無沖擊壓力會大量降低，所以一定要選用更高壓力的法蘭，使得管法蘭的材質在設計溫度下的設計壓力低于最大無沖擊壓力。

2.3 小直徑壓力容器的材料要求

在對小直徑的容器進行設計的過程中，最常用的就是無縫鋼管作為筒體的方式，這種方法不僅可以節省其他檢測的比例，還可以節約施工成本節省時間，在設計的過程中要注意對筒體無縫的要求達到《鋼制化工容器材料的選用規定》的規定：第一在采用鋼管作為壓力容器的殼體時，生產商要按照相關規定來對鋼管進行力學性能的測試，測試結果必須達到標準鋼管的要求。奧氏體不銹鋼鋼管可以不做韌性沖擊的測試。第二在進行二、三類壓力容器殼體的鋼管的制作時，生產商必須按照應用設備的液壓實驗的壓強來對鋼管進行水壓測試，只有達到標準的鋼管才能投入使用，一類壓力容器殼體的鋼管，可以免除復試。

3 結束語

通過對壓力容器的相關問題的整理和分析，可以看出，壓力容器在設計之初就要求設計者了解國家制定的關于壓力容器的相關法律法規，具有豐富的設計、使用和維護壓力容器的技術經驗，在設計制作的過程中，只有嚴格按照相關的標準和數據，才能制造出高質量的壓力容器，保證壓力容器的安全運行。