化工壓力容器設計不安全因素探究

周國風

摘要：化工壓力容器是在化工行業中廣泛應用的一種承壓設備，它使用的環境一般較為惡劣，如需要承受較高的溫度和壓力，承載的內容物為有毒有害物質、易燃易爆品或者是具有較強腐蝕性的樣品，這些條件就決定了化工壓力容器需要較高的質量要求，需要具備極高的安全性。因此，在進行化工壓力容器設計時需要綜合考慮各化工行業企業的生產要求與特點，從設計方法上進行改進，更好的設計出耐酸堿腐蝕、承壓性能良好的壓力容器，助力化工行業的發展。

關鍵詞：化工;壓力容器設計;不安全因素

引 言

現階段，多數工業企業在生產經營期間都大量應用壓力容器，尤其是化工、煉油企業。壓力容器的可靠性和安全性會直接影響化工企業的生產安全，甚至影響企業的經營。對于壓力容器來說，設計壓力和設計溫度的確定是最基本、最重要的設計問題。按照容器的設計規范與要求，必須合理選擇設計壓力，設計壓力是容器頂部的最高壓力，比工作壓力值略高。在進行容器設計壓力確定時，應當先明確工作壓力以及安全系數問題。所以在初期規劃和設計過程中，就必須確保壓力容器的安全性和可靠性，在后期建造與安裝過程中，也需要注重合理性和規范性，全面維護化工企業壓力容器設計的實效性。

1 ?化工壓力容器的分類與設計要求

1.1 分 類

化工壓力容器是一種密閉裝置，具有較高的承壓能力，可以用來儲存化工產品，主要是液體與氣體的儲存。按承壓力能力劃分壓力容器可分為超高壓型、高壓型、中壓型、低壓型四種;按存儲內容物的類別可劃分為無毒型、有毒型、劇毒型等;按容器生產工藝劃分為熱交換型、分離型、貯運型、反應型四種。不同類型與功能的化工壓力容器，設計原理與方法不同，但在使用過程中也會出現各種問題，影響容器的使用，并對化工行業造成不利的影響，因此，需要重視壓力容器的設計。

1.2 設計要求

在進行化工壓力容器的設計前，需要綜合考慮客戶的需求、制造使用的材料、容器的結構、安全性、使用環境、容器盛裝的物質等因素，綜合協調各種因素之間的關系，確保壓力容器滿足化工生產與使用的要求。目前，常用的設計方法包括常規與分析法兩種。常規的設計方法是利用彈性設計準則，計算壓力、許用應力、容器尺寸之間的關系是通過殼體薄膜理論或材料力學推導而來的，設計中的關鍵點是設計方法、載荷和許用應力，它屬于經驗設計方法，對壓力容器進行結構設計、選材使用、工藝制作等，始終控制局部應力，選用安全系數高的許用應力，重視彈性失效問題，提高設計的安全性。分析設計方法是基于應力分析數據，采用優良的選材與工藝標準，秉承塑性失效與彈塑性失效的準則，分類匯總應力并逐一分析計算各應力，針對不同的應力產生與破壞應力的形式，設計不同的元件厚度來應對。避免了應力設計中存在的各種不安全因素，并減少了材料的浪費，通過應力針對性設計，降低材料發生塑性變形的可能性，提高壓力容器的載荷性能，因此，該技術在化工壓力容器的設計中被廣泛的使用。

2 ?壓力容器設計中的不安全因素

2.1 壓力容器使用年限過長

壓力容器會隨著使用年限的增加，性能逐漸的下降，質量也會有一定的下降，如果使用的年限過長可能會引發安全問題，但是在實際的生產中很多化工企業都忽視了壓力容器的實際使用是壽命，很多已經超過設計年限的壓力容器仍在使用之中，由于壓力容器部分零部件老化比較嚴重，導致壓力容易出現泄漏或者是其他安全風險。因此壓力容器的設計需要盡量的提高容器的使用壽命，提升壓力容器的安全性。關于壓力容器的使用壽命問題很多化工企業都沒有重視起來，另外在壓力容器使用的過程中相關的維護保養工作也不到位，這在很大程度上加速了壓力容器的老化，化工企業不重視壓力容器的使用壽命以及維護保養工作的主要原因就是壓力容器的更換以及壓力容器的保養都需要一定的資金投入，這雖然可以在一定程度上為化工企業節省資金，但是卻給化工企業的長遠發展帶來了不利的影響。

2.2 壓力容器的選材不合理

壓力容器的選材問題是影響整個設計效果的關鍵性因素，在進行材料選擇的時候應該結合壓力容器的應用情況、結構特征等進行綜合考量，盡量滿足企業生產和發展的需要，嚴格按照相關的規定進行材料的選擇，避免壓力容器使用過程中出現滲漏或是腐蝕現象，還要結合相關的環境和人為因素進行綜合考慮。

2.3 壓力容器熱處理問題

多數設計人員比較注重壓力容器的封頭和殼體的熱處理，沒有注重彎管的熱處理問題。按照鋼板熱處理的相關文件能夠看出，在一般情況下，必須對鋼板冷成型且變形量超標的受壓元件進行熱處理。當壓力容器盛裝有較強腐蝕性或毒性液體時，鋼材厚度在成型之后會減少，并且會形成不均勻的殘余應力，為了確保安全性，相關規范要求對于變形率超標的設備必須通過熱處理工藝確保材料恢復原有性能，對容器殼體與封頭進行熱處理。設計人員一般會特別注意該問題。但是在彎管設計期間，很多人卻容易忽視熱處理問題，從而導致材料出

現變形超標導致的性能指標不合格問題，不滿足相關規定與標準。

2.4 壓力容器制作過程中容易變形

化工壓力容器的制作過程是非常復雜的，而且每個施工步驟都具有連帶效應，其中一個施工步驟控制不好就很容易造成壓力容器的變形，比如多層筒體內筒焊后再進行層板焊接就很容易造成變形，對后期的使用過程的安全具有不利影響。如果壓力容器制作過程不注重細節很容易造成容器產生焊接裂縫，導致泄漏，嚴重影響使用過程中的安全性能。

2.5 壓力容器焊接問題

在制造壓力容器期間，也必須關注到焊接作業工藝。多數壓力容器質量問題都會表現在焊接制造環節，壓力容器焊縫錯邊、未焊透、未熔合、裂紋、咬邊等都是嚴重影響產品質量的因素。因此，當焊接工藝設計不理想時，就可能會降低容器的強度，導致容器承壓能力不足，質量和安全性無法保證。

3 ?壓力容器設計中提升安全性能的有效措施

3.1 使用年限設計

針對目前壓力容器使用普遍超期的問題，在進行壓力容器的設計時需要考慮到壓力容器的整體結構，以及壓力容器的使用場景，通過優化設計的方案，提升壓力容器的使用年限。可以有效的提升壓力容器的經濟性，提升使用的安全性。在設計環節中要特別重視提高壓力容器的耐腐蝕性，因為壓力容器的老化以及性能下降，在很大程度上都是由于老化導致的，通過提升壓力容器的耐腐蝕性，能夠有效的增加壓力容器的使用年限。另外，在進行壓力容器的設計時，設計人員需要對引起壓力容器的不安全因素進行逐項的分析，保證設計方案的科學性，全面性。

3.2 合理選擇設計材料

壓力容器設計階段的材料對其整體的安全性能具有重要作用，是設計合理的關鍵所在，所以應該進行壓力容器材料的合理選用，根據壓力容器的設計原則和使用要求進行材料的選擇，還應該充分考慮環境等方面的因素，選擇最優的材料進行制作，還應該準備一套材料備用方案，確保整個壓力容器的制作過程順利進行。比如可以利用多層包扎式氨合成塔作為壓力容器的設計材料，氨合成塔筒體是一種具有很多優勢的壓力容器基礎材料，能夠節約成本，底部的三通需要進行高溫加工，剩余的配件只需要將溫度控制在200℃左右進行制作，管筒材料一般都是16Mn，底部的三通材質為15CrMo;在進行鍋爐的材料選擇的時候應該注重溫度和耐腐蝕性能的考慮，選擇較為合適的鍋爐材料配件，管材利用為12Cr2Mo1，殼程溫度控制在250℃左右，材質選擇Q345R，還應該考慮到高溫狀態下的熱管沖刷，應該使用適

當規格的防沖板促使得熱管的受熱均勻，更好地發揮換熱作用。

3.3 壓力容器的熱處理

熱處理工藝可以提升壓力容器的穩定性與安全性，因此需要將熱處理工藝重視起來。在進行壓力容器的熱處理時不僅需要對接口處以及外殼進行熱處理，還需要對彎曲管道進行熱處理，熱處理的溫度要嚴格的進行控制，因為在高溫的作用下金屬材料會產生性質的變化，不合理的溫度控制會使材料的基礎性能受到影響，導致在材料在焊接后會有較大的應力，針對不同材料的熱處理應該區別對待，防止因為熱處理不當對壓力容器的整體性能造成影響。另外在壓力容器的加工

制作中，要防止因為工藝不當導致的變形問題，需要格外重視焊接的工藝水平，在進行焊接后的熱處理時，焊接處很可能出現碳化的現象，對壓力容器的整體穩定性造成很大的影響，出現這種現象的原因與壓力容器的材料有很大的關系，因此需要重視壓力容器材料的選擇。每個加工環節都需要進行嚴格的控制，防止壓力容器的變形，從而提高壓力容器的穩定性與安全性。

3.4 控制容器焊接變形

在焊接操作過程中，壓力容器可能出現變形問題，應當按照容器具體情況對焊接工藝進行設計。在容器焊接時，首先應當進行整體定位組裝，之后再進行焊接。為了確保焊接受力的均勻性，應當合理安排焊接順序。壓力容器組合焊接時，還應當注重焊接收縮量的數值問題。為了避免焊接部位出現變形，可以考慮使用反向預變形的焊接工藝，這樣有助于減少焊接變形問題。針對由于內應力所致容器變形問題，需要采用焊接后進行熱處理的工藝。焊接內應力多出現于大溫度梯度情況下，因此應當根據標準要求考慮是否提前預熱容器的焊接區域到適當的溫度，避免焊接殘余應力及變形過大的問題產生。針對由于設計誤差所致變形問題，必須詳細檢查模具和樣板是否按照標準尺寸進行設計，這樣能夠降低由于容器形位誤差所致變形問題。在降低形位誤差期間，應當深入分析熱脹冷縮問題，避免誤差過大，設計合適的預先收縮量并滿足制造要求。

3.5 提升設計人員設計水平

設計人員的設計水平是整個化工容器的關鍵環節，通過加強設計人員的企業制度的培訓，提升設計人員遵守管理制度的意識。通過聘請專業技術人員對本企業的設計人員進行技術培訓，培訓的內容應盡可能的全面，包括專業知識、壓力容器安裝、維修、加工工藝等。

結束語

綜上所述，是本人對壓力容器設計的概念的分析，并對化工壓力容器設計中的不安全因素進行解析，最后提出有效的措施提高壓力容器設計效果，促進化工壓力容器的安全性的提升，保證化工企業的正常生產和運營。只有注重壓力容器的熱處理技術的實施、避免各項因素導致壓力容器的變形，對壓力容器的設計和制作材料不斷強化，就能不斷提高化工壓力容器的可靠性和安全性，為化工企業實現更多的經濟利益打下基礎。

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