容器設備壁厚優化設計

孫主

摘要： 對于現代工業來說，壓力容器的作用非常的顯著，發揮著巨大的作用，為了保障壓力容器高效性與安全，就需要做好容器壁厚的控制。通常來說最直接的解決方法就是增加容器壁厚，改善與增強容器物理性質。當然這種做法弊端也十分顯著，比如這種方法會增加設備體積，占用越來越多的空間，增加生產成本。為了改善這一情況就需要從多個角度考慮問題，合理設計壁厚，突出應用價值，保障實際效果。

關鍵詞： 壓力容器;壁厚設計;優化方法

引言

優化設計壓力容器壁厚的過程中，一定要將保障安全作為出發點，充分考慮其設計要求、優化目標。該過程使用統一經驗公式和強度理論，獲得最佳的應用效果。要在保障剛度和強度前提下，控制材料使用量，達成輕量化目標。

壓力容器壁厚理論

壓力容器壁厚的優化十分復雜，需要朝著設計要求使用特定的方法，該過程需要考慮很多的要素才能夠控制參數，達成最優的目標。首先要確定的是壓力容器實際狀況，根據使用需求建立3D模型。在這個過程中要考慮的問題包括設備使用要求和環境因素[1]。以此判定約束條件，根據這一目標要求確認優化結果。在實踐探索中我國化工行業工作人員已經有了很豐富的經驗。

在計算中需要用到函數關系，確定函數條件，得到的結果必須是不同向量組合。隨后用相應標準確定設計方案和思路[2]。大型壓力容器在優化設備壁厚的時候應當用到有限元分析法，這種做法能夠有效控制優化難度。在電子結構與電子分析優化中有限元價值巨大。有限元分析的結果通常能夠很好的滿足具體使用要求。在利用最小二乘法確認誤差情況中，要做好權值設定工作。此外在面對重要數據的時候還要加大權值。數據迭代有著很漫長的過程。此時就需要用有限元處理計算機數據，保障優化可靠性與精準性。從過往的設計案例中我們能夠得知壁厚在較小范圍的狀況下壓力容器重量相對較低，可行性更強。

有限元模型設計分析

確定條件

利用有限元方式設計時需要提前確定壓力條件、設備使用要求、預期目標。通常情況下都會用到軸對稱結構，這種做法對于有限元的分析來說意義重大。有限元分析有著很大的建模工作量。細節數據的問題會影響到整體的設計效果。軸對稱的應用需要建立最起碼一半的模型，隨后就可以順利分析與優化。

優化流程

優化中需要先行使用網格劃分方法，用網格劃分模型，獲得坐標數據。之后使用約束和荷載方式。計算機軟件能夠為有限元優化提供很大的支持。壓力容器壁厚優化需要用到預先優化方法，獲得最佳的優化效果。使用軟件記錄這個過程。從實際結果可以看出，有限元所得到的優化方法就是不斷迭代數據。參照相應的約束目標、約束條件接近目標，獲得最佳的優化效果。在這里主要就是控制設備壁厚，減少設備整體重量。在函數滿足要求以后或是迭代次數達到規定后終止優化。使用制圖軟件呈現優化數據，直觀展示壓力容器壁厚優化結果。這種做法能夠有效控制工作量，保障優化精準度。

優化壓力容器壁厚的思考

有限元方法優點

在優化壓力容器壁厚的過程中，有限元這種方式效果十分突出且有著很好的可行性。從本文的分析和研究中可以看到這種方法可行性十足。在面對壓力容器設備較小的空間場合下，通常用不到有限元方法。可是現代工業體系在優化壓力容器壁厚的時候對象通常都是大型設備與產品。壁厚優化能夠有效控制成本，減少空間浪費和占用。大型設備與產品的壁厚優化有助于成本的有效控制，有效提升產品整體優勢，拓展更大的市場渠道。有限元方法應用中需要重點注意的就是建模過程。要確保建模所用數據足夠精準。假設出現問題就會對后續的優化造成很大干擾。優化設計中一定要處理好校核要求。從不同角度測算數據，綜合評價。假設沒其他要求，一般都會用降低壁厚的方式控制生產成本，減少生產難度。

其他優化方法

除了有限元這種方法以后，其他設計方法同樣有著不錯的設計效果，比如粒子群算法、遺傳算法、神金網絡算法。以上算法需要用到計算機迭代數據。根據預期優化目標設定相應函數，在優化中使用對應的法則控制條件。這些智能算法的應用會在滿足要求后自動停止，將重要數據保存。不同于有限元方法的是，這些智能算法不需要建立模型，有效縮減了工作量，同樣也能夠取得不錯的設計效果，使壁厚達到輕量化要求。智能算法難度低能夠在各種各樣的環境與場所中使用。并且該方法還可以和其他算法結合到一起，比如使用專家經驗提高設計可靠性與可行性。實踐中一定會用到計算機處理與整合。龐大的數據。要保障設備數據達標與真實，才能夠有序進行后面的優化過程。

壓力容器的壁厚優化內容

保護

因為壓力容器有著很大的輸送壓力，故傳輸環節潛藏著許多隱患需要考慮。為了控制輸出壓力，工程師通常會在壓力容器中安裝很多放壓裝置，而這同樣也會加劇壓力容器安全隱患。基于以上條件考慮，必須做好壓力容器保護工作。傳統保護所說的是保護放壓設施。正常運作中，遇到雨雪天氣很有可能會引起壓力容器故障。而在特定條件下壓力容器往往要超負荷運作。壓力容器結構通常用到的是多回工業線路，有著很多的絕緣子。這會增加線路檢修難度。較高的容器架高度會增加線路檢修難度。當然這種結構優勢也十分突出那就是可以很好的應對陣雨、大風天氣。因壓力容器本身可能會遇到雷壓影響，破壞線路，引發安全事故。所以為減少電壓影響，設計人員需要架設大量地線控制容器壓位，保障容器穩定運行。

合理選材

所有壓力容器在設計中都要考慮材料荷載能力。選用合適的剛才要考慮很多因素。壓力容器對材料有著很高的要求。只有合理選材才能夠保障質量。

壁厚優化

在優化壁厚的時候就是用有限元軟件對容器整體受力情況進行分析，對此需要建立壓力容器模型，使用ansys細分模型，并添加荷載量，進行運算，獲知容器的承受能力、位移狀況。隨后展開優化。

結語：優化壓力容器壁厚有著很復雜的條件與要求，對此需要用多元化方法開展工作。該過程中有限元方法優勢突出，經驗十分豐富。當然實踐中也可以搭配其他智能算法控制設計難度，拓展設計范圍。要根據實際需求和實際條件確定約束條件與目標函數。

參考文獻

趙學宏，徐紅.淺談固定式壓力容器改造中設備利舊的設計[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（13）：27–28.

劉尚飛.淺談有色金屬材料在壓力容器設計中的影響與應用[J].工業設計，2019（06）：157–158.