可靠性方法在壓力容器設計中的應用

臧財寶

摘 ? 要：在壓力容器設計中，可靠性方法的合理應用能夠提高容器使用的可靠性和安全性。結合壓力容器和可靠性的概念，就可靠性方法在壓力容器設計中的應用情況進行了分析和討論，希望能夠為壓力容器的設計提供借鑒。

關鍵詞：可靠性方法;壓力容器;設計;應用

對比發達國家，我國在壓力容器設計方面略顯不足，需要做更加深入的研究。雖然發展速度較慢，不過早在20世紀初，我國就已經開始了對壓力容器的研究，在壓力容器設計中引入了可靠性方法來提升容器設計和運行的可靠性，在保證設計質量和設計效果的同時，能夠有效降低設計成本。

1 ? ?相關概念

1.1 ?壓力容器

壓力容器是一種用于裝液體或者氣體、能夠承載一定壓力的密閉性設備，在工業、軍工、民用等領域有著非常廣泛的應用。為了能夠切實保證壓力容器運行的安全性，需要做好壓力容器的設計工作[1]。對比一般容器，壓力容器在內部直徑、工作壓力和工作介質方面存在很大的不同。對壓力容器的結構進行分析，通常包含了接管、封頭、筒體以及密封元件、支座等。在壓力容器的使用過程中，會受到各種外部因素的影響，如果不能對其進行有效的處理，則可能引發爆炸事故，威脅工作人員的人身安全。

1.2 ?可靠性

可靠性指產品在使用過程中，能夠在允許的工作環境中，于一定時間內滿足用戶的需求，沒有故障和問題，其本身與溫度、濕度、壓強以及使用時間等密切相關。這里的產品可以是零部件，也可以是設備或者系統，而允許的工作環境則包含了很多內容，如環境因素、使用條件、維護方法等。另外，產品的可靠性與時間同樣存在密切的關聯[2]。因為隨著使用時間的延長，產品的可靠性和安全性都必然會有所下降，內部的元器件也會逐漸老化，使用時間越長，安全隱患也就越大。所有產品生產的目的，都是為了能夠滿足生產生活的需求，而不同企業因為自身生產條件的限制，得到的產品在功能上會存在一定差異，產品的可靠性也會有所不同。

2 ? ?壓力容器設計的可靠性要求

壓力容器在很多領域都有著廣泛的應用，對于其設計的可靠性也有著相當嚴格的要求，若在設計生產環節出現問題，將會對產品的質量產生直接影響，也會威脅工作人員的生命安全。現階段，伴隨著科學技術的發展，壓力容器的設計變得越發完善，其對于可靠性的要求主要體現在以下幾個方面。

2.1 ?運行可靠性

在壓力容器設計中，必須從其運行環境出發，確保容器能夠承受高溫和高壓的影響，提升其對于腐蝕性物質的抵抗能力，在保證容器封閉性能和使用效果的情況下，運用合理的措施和手段，對壓力容器中的能量進行處理，盡可能減少對容器的破壞性。

2.2 ?經濟實用性

在壓力容器設計環節，需要在嚴格保證其安全性的同時，對設計結構進行簡化，降低生產成本。對于設計中存在的問題，應該及時與專家進行溝通，有效地應對處理，提升壓力容器設計的質量，降低維修費用，為企業帶來更大的經濟效益。

2.3 ?使用壽命長

壓力容器在使用過程中，可能會接觸到各種各樣具有腐蝕性的介質，這些介質會對容器的殼體造成腐蝕，影響容器的使用壽命。但是從目前來看，不少設計人員沒有就常見的腐蝕材料進行深入的研究，設計出的壓力容器對于腐蝕介質并沒有很好的抵抗能力。對此，在進行壓力容器可靠性設計的過程中，應該做好腐蝕材料的分析，提升容器殼體的抗腐蝕性能[3]。同時，也應該做好需拆裝頂蓋的合理設計，配合快拆密封結構來降低成本，為操作維修提供便利。

3 ? ?可靠性方法在壓力容器設計中的應用

壓力容器設計的方法有很多，在進行設計的過程中，需要關注設計工藝條件，明確設計期間的安全基礎和經濟方向，強化壓力容器的綜合使用價值，切實保證容器設計的可靠性。可靠性方法是壓力容器設計中最具代表性的一種，通過對可靠性方法的合理應用，能夠提高壓力容器使用的安全系數，保證其使用安全。

3.1 ?方法

（1）可靠性數學方法。作為應用數學中的一個重要分支，可靠性數學能夠將涉及可靠性的問題通過數學模型的方式表現出來，然后借助運籌學和概率學的方法及理論，開展深入研究，對存在的問題進行解決。在開展壓力容器設計的過程中，應用可靠性數學方法，能夠對壓力容器故障進行研究，對故障發生的規律進行統計，也可以就壓力容器的設計方案進行分析評估，為設計工作提供相應的理論保障。（2）可靠性物理方法。可靠性物理方法在壓力容器設計中的應用，主要是就壓力容器故障進行分析，研究故障發生的原理，開展相應的故障檢測工作，同時，也可以結合相關參數，構建起完善的物理模型，就壓力容器的失效模式進行研究，提出有效的應對和防范措施，確保在進行壓力容器設計的過程中，能夠盡量避開失效原因，提升設計的合理性及可靠性;（3）可靠性工程方法。可靠性工程方法能夠就壓力容器失效的現象進行研究，幫助設計人員分析壓力容器失效現象發生的概率，并就失效現象進行預測，開展設計模型的相關試驗，結合試驗結果來反推設計參數的合理性，對失效現象進行嚴格控制，切實保證最終設計方案的合理性及可靠性。

3.2 ?應用

伴隨著科學技術的快速發展，壓力容器設計中的先進技術和方法越發豐富，要求設計人員能夠了解壓力容器的應用強度以及測試水平，做好相關數據調研工作，就壓力容器的尺寸、強度等因素進行分析，明確壓力參數的變化情況，對壓力容器設計過程中的隨機變量進行嚴格控制，推動設計模式的優化[4]。

3.2.1 ?做好數據信息分析

在運用可靠性方法進行壓力容器設計的過程中，應該做好壓力容器相關數據信息的分析和研究，明確容器參數變化以及隨機變量對設計結果的影響，開展統計分析的同時，建立起完善的信息數據模型，并借助概率數據統計的方法，就研究對象的特征進行描述，以此來保證統計結果的準確性，做好數據結果的記錄工作，再配合試驗的方式以及概率學方法，就容器的設計數據、隨機性能以及應用變量等作出合理判斷，分析壓力容器設計的先決條件，繼而對設計方法進行優化。

3.2.2 ?明確設計變化因素

設計人員在進行壓力容器可靠性設計的過程中，應該對設計變化因素進行分析，在把控好隨機變量的同時，做好概率數據的計算工作，明確壓力容器的使用特征，盡可能對容器的失效故障進行規避。同時，應該借助概率學因素，對壓力容器使用的可靠性進行記錄，把握好先決條件，做好試驗數據的分析，明確壓力容器設計期間存在的變量因素，如物理量、熱荷載、機械荷載等，找出設計失敗的原因，做好有效應對。

3.2.3 ?優化產品數值評定

設計人員應該明確產品參數的變化情況，就產品數值和綜合性能進行評定，了解壓力容器強度、抵抗力的具體情況，在分析設計條件的同時，控制好數據指標，保證壓力容器的整體使用價值。在進行產品設計分析的過程中，必須了解應用變化因素以及容器失效因素，對應力作用以及抗力變化進行深入分析。

3.2.4 ?充分考慮隨機事件

在壓力容器設計環節，需要就可能存在的隨機事件作出充分考慮，借助概率論來對隨機事件發生的概率進行印證，明確產品故障產生的原因以及故障變化機制，做好統計分析和概率論證工作，同時，也應該對壓力容器的使用可靠性做出評估，對壓力容器的使用壽命進行分析，測定好具體的使用參數，以此來保證壓力容器的工作價值。

3.3 ?注意事項

在信息技術飛速發展的背景下，壓力容器的設計開始采用計算機技術，對設計人員的能力和素質提出了更加嚴格的要求，要求其不僅需要掌握壓力容器設計的專業知識，還需要具備一定的計算機基礎及電腦繪圖能力。在壓力容器設計環節，如果一味關注計算結果而忽視計算過程，則可能在容器中埋下安全隱患：以鋼材的選擇為例，要求設計人員必須能夠先對壓力容器承受的壓力和溫度進行分析，選擇質量良好的材料，但是也不能盲目追求鋼材等級，而是應該充分考慮自身需求，因為不合理的材料可能會導致容器殼體壁厚增加，引發產品質量問題，也會增大企業的成本。對此，企業在進行材料采購的過程中，應該在保證其質量的前提下，盡可能降低成本，促進壓力容器可靠性的提高[5]。

4 ? ?結語

壓力容器設計是一項復雜性、系統性的工程，在進行設計的過程中，應該引入可靠性方法，了解壓力容器的安全系數和設計變量，就其離散性質進行分析，控制好數據精度，分析可能存在的影響參數，促進壓力容器在使用過程中的可靠性提高，在保證容器質量的前提下，對成本進行控制，促進企業經濟效益的提高。

[參考文獻]

[1]梁思維.淺談壓力容器設計的常見問題與解決措施[J].南方農機，2019，50（19）：129.

[2]劉 洋，趙 晶，李 楠，等.淺析壓力容器制造的質量控制要點[J].中國設備工程，2019（12）：202-203.

[3]林 森.基于響應面方法的復合材料壓力容器可靠性分析[D].大連：大連理工大學，2019.

[4]田 旭.對壓力容器的機械強度可靠性設計的簡單探討[J].科技經濟市場，2019，（1）：16-18.

[5]孫小虎.可靠性方法在壓力容器設計中的應用研究[J].山東工業技術，2018（15）：64.