試析壓力容器設計過程中的常見問題及處理

徐玉振

摘要：壓力容器要承受特定的壓力、溫度和介質的腐蝕，其操作條件比較苛刻，因此壓力容器設計時對材料選擇、強度計算及結構合理性等要求比較高。目前的常規設計是計算用軟件、畫圖用電腦，設計者常常過分依賴電算，對國家標準的理解不深，對數據的推敲、理解不夠，只看結果，忽視計算過程，容易產生錯誤和安全隱患。基于此，本文就壓力容器設計過程中的常見問題及處理展開了研究。

關鍵詞：壓力容器；設計；常見問題；處理

1壓力容器設計過程中常見的問題

1.1熱處理問題

壓力容器設計過程中，在熱處理方面，應注意以下幾個問題：第一，對低合金鋼材料以及碳鋼材料，應當進行沖擊試驗，奧氏體不銹鋼材料以及變形率大于5%的材料，如低合金鋼材料以及碳鋼材料，均為冷成型受壓元件，對于這些材料，應在成型后進行熱處理，以達到恢復材料性能的目的；第二，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型后減薄量超過10%，需進行熱處理；第三，低合金鋼材料以及碳鋼材料，在成型前厚度在16毫米以上的，需進行熱處理；第四，明確注明有應力腐蝕的容器，需進行熱處理；第五，容器中裝有高度、極度毒性危害介質的容器，需進行熱處理。但壓力容器的實際設計過程中，對容器殼體的相關標準要求，沒有給予足夠的重視，對成型的容器，也沒有進行二次熱加工，從而嚴重影響著壓力容器的質量與壽命。

1.2忽視壓力容器的正常使用年限

壓力容器一旦超出實際使用壽命必將給企業帶來巨大的安全隱患。因此，必須對壓力容器的實際使用壽命做出正確規定，要按照要求由設計人員在壓力容器上標注預計的使用年限，對已使用疲勞的器具更應標注清楚實際的循環使用次數。然而這種做法往往被設計人員所忽視，對年限的考慮也不合理。尤其在預計使用年限的估算上往往都是按照設計人員本身的經驗及慣例執行的。因此很容易在實際估算過程中延長或縮短使用時間，而且無法將所有可能影響到壓力容器使用壽命的因素綜合考慮清楚，從而使壓力容器的設計方案有所變化，給壓力容器的質量造成較大影響。

1.3壓力容器設計隨材料改變問題

材料的改變影響著整個壓力容器的各種屬性，材料問題是壓力容器設計中的關鍵環節。而使用材料的改變通常受到以下幾個方面的影響：用戶的特殊要求、壓力容器的周邊環境、壓力容器的使用人員、容器的大小和外觀等。材料對于任何工業設備來說都起著至關重要的作用，而壓力容器材料選擇的重要性更是超過普通的容器，主要是因為壓力容器往往處在高溫高的工作環境中，其材料一旦改變，那么它的內外部受力情以及耐腐蝕情況都會發生本質的變化。因此，設計者針列不同種類的材料都應該進行不同的受力分析和耐腐蝕檢測。然而，設計者在實際操作過程中顯然存在一些誤區：當設計者被要求將壓力容器壁的材料減薄時，設計者會自然而然地重新計算其內外部應力情況，分析變薄之后容器的耐腐蝕程度。但是當材料由薄變厚時，大多數設計者則認為無需重新考慮，也就忽略了容器的各項分析，其實材料變厚的情況下，受力分析仍然十分重要，因為容器壁產生多向拉應力使平面應變成為脆性斷裂。

2壓力容器設計過程中常見問題的處理對策

2.1熱處理的處理對策

實踐表明，壓力容器設計過程中，對厚度20毫米、直徑400毫米的低合金鋼、碳鋼對接管，應設計為無縫鋼管。從理論上來看，雖然低合金鋼卷制可以滿足相關設計標準的要求，但若是不進行熱處理，便會給壓力容器的各項性能產生影響，從而給接管環節帶來諸多問題。具體表現在，若不對低合金鋼、碳鋼對接管進行熱處理，那么在鋼板冷卷之后，便會使得晶粒出現歪扭、破碎的問題。與此同時，鋼材冷卻變形后，硬度和強度得到了很大的提升，但其塑性卻大大降低，這對于壓力容器的制造帶來了較大的不便。直徑越小、鋼板越厚的筒體，在進行冷卷之后，發生變形的幾率也就越大，冷作硬化程度越高，大大增加了鋼板的內應力，降低了鋼板的塑性，加大了出現裂紋的危險性。通過采取再結晶退火的方法，降低鋼板的硬度、強度，加強鋼板的塑性，有利于優化鋼材的力學性能。

2.2使用年限的處理對策

在壓力容器使用年限的估算上，壓力容器的設計人員必須要認真掌握有關壓力容器設計方面的所有技術規定與標準，加強對壓力容器使用年限的研究力度，注重每一個可能會對壓力容器使用年限產生影響的因素。運用先進的科學技術手段，對壓力容器的實際使用年限進行科學估算，避免在壓力容器設計過程中出現延長或縮短使用年限的問題。設計人員必須要做好壓力容器的觀察工作，明確掌握壓力容器實際受到的腐蝕情況，若壓力容器受到嚴重腐蝕就會大幅縮短壓力容器的使用年限。因此，壓力容器的設計人員必須要根據壓力容器的實際腐蝕速率對壓力容器的使用壽命進行合理估算。同時，結合壓力容器受到的外力情況，對壓力容器的諸多參數進行更加精確的估算。此外，還可模擬實際工作環境，使工作數據更加接近實際。在圖紙設計上必須設定統一的使用規則，考慮到壓力容器在實際工作過程中的復雜工作環境和可能出現的各種受力情況，務必做好壓力容器的消耗檢查工作，最大限度的保證壓力容器設計的科學性、合理性，確保壓力容器的運行安全。

2.3材料問題的處理對策

壓力容器材料一般情況下可以代用，將薄材料更換為厚材料的時候，會導致連接結構的變化，尤其是要注意殼體部分、加厚的封頭間的連接，有必要的情況下可采取削邊處理的方法。同時，管板、筒體的連接結構也有相似的問題，增加的厚度較大的情況下，還會導致焊接結構的變化，如殼體、接管之間的V型焊縫可能變成X型焊縫，從而可以降低焊縫填充量，也有可能減少焊接應力、殘余變形，增強焊接接頭的力學性能。

3結束語

綜上所述，科學合理的壓力容器設計，對壓力容器的安全性、穩定性有著至關重要的影響。因此，在壓力容器的設計上必須要選擇具有極強專業技術的工作人員對壓力容器設計方案進行反復考量，選用最為優質的材料，做好壓力容器設計結構的分析工作，全面考慮到壓力容器后期的維護與檢修工作。只有這樣，才能做好壓力容器的設計工作，使其在實際生產過程中得以穩定運行。

參考文獻：

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（作者身份證號：370923198709074730）