壓力容器設備中法蘭設計問題及措施

劉 康 劉佃剛

（濰坊金健鈦設備有限公司，山東 濰坊 261000）

1 壓力容器法蘭的概述

壓力容器法蘭按法蘭環的連接情況劃分為：整體法蘭、活套法蘭和任意式法蘭。我國最常用的JB/T4701-4703標準壓力容器法蘭共有3種類型：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，其中甲型、乙型平焊法蘭都屬于任意式法蘭。法蘭及其墊片、緊固件統稱為法蘭接頭，法蘭接頭是工程設計中使用極為普遍、涉及面非常廣泛的一種零部件，也是工程設計及使用過程中容易出現問題的關鍵部位。法蘭接頭設計是壓力容器設計中的重要內容之一。在選用標準甲型法蘭和計算非標甲型法蘭時，設計人員選用材料不合理的現象比較嚴重，采用乙型平焊法蘭甚至長頸對焊法蘭代替甲型平焊法蘭的情況也較多，造成不必要的浪費。

2 壓力容器設備中法蘭設計問題

1）選擇材料問題。材料的選擇是壓力容器設計過程中最為基本同時也是最為重要的環節，材料的選擇將會影響到壓力容器的使用時間、使用性能、使用強度，并且根據人們的用途、使用地點等外在因素的差別，這也會影響到材料的選擇。為此在進行壓力容器設備法蘭設計是應當去思考選取什么材料可以滿足綠色環保、適合使用環境、能夠承受壓力強度、經濟條件等種種因素。有些設計師在進行設計過程中由于考慮不夠全面，從而導致材料承受不住壓力出現開裂等毀壞表現，對人的生命健康、財產安全造成影響。

2）熱處理問題。熱處理過程包括熱處理工藝控制、熱處理過程控制、熱處理分包是對分包方質量的控制等等。在熱處理過程中由于熱處理工藝以及熱處理過程中的種種意外因素都可能會發生故障，而且部分設計者再進行設計過程中過度重視壓力容器的封頭、殼體的熱處理，但是卻往往忽視了接管設計中可能出現大的熱處理問題，顧此失彼。

3）設計過程超出標準問題。通常情況下，在具體應用中，會出現設備尺度和設計壓力與標準法蘭存在差異的法蘭，會影響使用效果。基于此，應做好法蘭結構的計算工作，在計算的過程中，既要分析結構強度，又要對結構尺度進行充分考量。例如，針對SW6軟件，依托其開展法蘭設計工作時，能夠看到其所計算的方法與標準一致，不存在太大的區別。但是，在安裝時，卻難以實現良好的結合，甚至會因為不符造成法蘭變形的問題，降低其密封性，影響壓力容器質量。與此同時，在設計工作中，沒有按照操作流程標準、工藝標準等設計，經常會發生設計不良、設計操作不合理等問題，對整體設計工作的高質量、高效化開展也會產生影響。

4）容器使用壽命存在的問題。容器的使用壽命受到容器設計材料、環境因素、人為因素、自然消耗等影響。不少設計人員在使用壽命估算時常常會漏掉某一個因素，導致容器明明已經超出了安全使用期限，卻依然被使用，存在著安全隱患。有些用戶在使用時已經知道超出了使用期限，卻為了節約成本，依舊使用。在容器的實際應用過程中，某些不正確的使用手法或方式同樣也會影響容器的使用壽命。

3 壓力容器設備中法蘭設計改進措施

1）加大材料選擇重視程度。在設計壓力容器時，材料的選擇屬于初始環節，需要全面考慮可能影響材料質量的因素，尤其要考量容器材料的受力分析。例如，在構造材料由厚變薄的條件下，其受力方向會發生怎樣的變化；當材料由薄變厚，其受力力度是否發生改變等。除此之外，兩個板塊接縫處的焊接手法，對壓力容器法蘭設計也具有重要影響，所以在選擇材料時，應綜合考慮各項因素。另外，針對材料接口變厚的現象，也應引起重視，并積極開展邊角削平處理工作。不管使用何種材料，都需要盡量與國家標準相符，并滿足有關技術條件的規定。

2）提高壓力容器熱處理技術水平。要想有效解決熱處理問題，應該注重從技術層面入手，改進和優化壓力容器的熱處理技術，提高技術水平。熱處理技術包含三個環節，一是加熱，二是保溫，三是冷卻，三者之間具有密切的聯系，在相互配合與融合的條件下，能實現最大的效用。為此，應對以上三個環節加以重視。第一，在加熱環節，應重視溫度，結合實際情況合理設置溫度，確保其精準度。在熱處理中，需要保證溫度參數正確，準確把握溫度，這有利于從根本上提高熱處理水平，早日實現熱處理目標。焊后熱處理的溫度應該與《鋼制球型儲罐》（GB 12337—2014）等標準相符。與此同時，合適的溫度對材料作用的發揮也十分有利，能強化容器質量。第二，在加熱時，需注重保溫，加強對保溫時間段的控制。部分材料在加熱完成后，若不進行保溫，而是直接采取降溫的措施，將會對材料造成嚴重的損壞，給壓力容器設備法蘭設計帶來不良影響。基于此，應做好保溫工作，借助保溫延長冷卻時間，可減少不必要問題的發生。第三，冷卻在壓力容器加熱處理中也不可忽視。若是材料不同、用途不同，那么所要求的冷卻方式也具有差異性。所以，應做到具體問題具體分析，結合材料選擇冷卻的方式，以實現對材料性能的優化。在選用材料的過程中，必須結合規范標準開展操作工作，根據壓力容器設備的法蘭構件特點、質量要求等，針對性地選擇需要使用的材料，這樣才能預防因為材料問題出現的熱處理不足現象。

3）合理控制超出標準范圍。壓力容器法蘭設計具有復雜性特征，受諸多因素影響。其中，有部分因素難以控制。為最大限度提高設計水平，需要從多角度出發，充分考慮可能引起材料差異的因素，并做好相關的準備工作，為順利完成組裝提供優越條件。在設計時，應著重考慮超出標準的范圍，積極探索密封處理部件縫隙的方法，以提高處理效果。在整個過程中，應做到靈活應變，結合實際特點與要求，有針對性地控制法蘭環與錐頸尺寸，如果發現不合理的現象，需及時調整，降低誤差，以獲得高密封性、結構緊湊的鏈接體系，提高設計質量。

4）重點考慮使用壽命問題。為保證壓力容器使用壽命估算的正確性，應完善壓力容器設備法蘭的設計工作，并有意識地將使用壽命設計納入其中，提高設計科學性。在計算壓力容器使用壽命時，需要分析酸堿、濕度等各個條件，在考慮設計因素的同時，還需探析使用過程中人為等因素對其產生的影響。例如，在實際使用中，若操作不當將會給壓力容器帶來損壞，使用方法不合理會對壓力容器使用壽命造成的影響等。

為避免使用超出壽命期限的壓力容器，應在壽命標注環節縮短標注的使用壽命，保證其短于估計使用壽命，以提高使用的安全性，進而可防止因壽命不足問題引發的安全事故，減少其給生產生活帶來的不良影響。在設計工作中，必須全面考慮法蘭構件的壽命問題，編制完善的壽命設計方案和計劃，按照特點開展設計工作，以免出現法蘭構件的質量缺陷與其他問題。綜上所述，通過重視設備構成材料的選擇，重視壓力容器熱處理技術的應用，重視對部件、材料誤差范圍的思考，重視對設備使用壽命的估算等一系列手段與措施，努力解決壓力容器設備法蘭設計中存在的問題，設計并生產出能夠為人們生產生活帶來便利，又能保障人們生命健康和財產安全的產品。

4 結束語

綜上所述，通過重視設備構成材料選擇、壓力容器熱處理技術、設備使用壽命及部件、材料誤差范圍控制，可以有效解決壓力容器設備法蘭設計中存在的問題，設計并生產出保障生產正常運行的設備，提高安全生產效率。