化工壓力容器設計及不安全因素的探析

陸維松

（南通科賽爾機械有限公司，江蘇 南通226400）

0 前言

化工壓力容器在實際使用過程中，不僅要承受氣體、液體壓力的考驗，而且還會受到化學介質的腐蝕影響。因此針對壓力容器的設計，一般有著更高的要求，同時也面臨著更多的不安全因素。為更好地保證化工壓力容器的安全，有必要從設計方面入手，深入分析其不安全因素，并提出一些有效地解決策略，更好地保障化工壓力容器設計使用安全性。

1 化工壓力容器設計要求

在實際開展化工壓力容器設計的過程中，通常需要先充分了解客戶的實際需求，了解壓力容器的工作條件，并以此為依據，選擇合理的壓力容器制作材料，并確定壓力容器的結構形式。在此基礎上，還應合理分清不同需求的重要性，做好合理取舍，從而保證后續壓力容器設計能夠有效滿足化工生產實際使用要求。當下在實際開展壓力容器設計時，通常會采用兩種設計方法，第一種是常規的設計方法，主要在彈性設計準則的指導下，通過借助殼體薄膜理論，運用材料力學知識，推算出主要受壓件的壁厚，這是一種典型的經驗設計方法[1]。在實際對壓力容器結構設計的過程中，針對選材、工藝制作等進行選擇時，應加強對局部應力的控制，注重提升許用應力的安全系數，充分考慮彈性失效問題，從而更好地保障化工壓力容器設計的安全性。第二種是分析設計方法，這種設計方法以應力分析數據為重要依據，采用的工藝標準比較嚴格，在彈塑性失效準則的指導下，針對應力進行分類匯總，并逐一進行應力計算分析。針對不同應力，明確其產生與破壞形式，并以此為依據，設計不同元器件，滿足應力要求。從而有效提升化工壓力容器應力設計安全性，減少材料浪費，不斷降低材料發生塑性變形的可能性，促使壓力容器載荷得到有效控制，因此這種設計方式在化工壓力容器的設計中應用較為廣泛。

2 化工壓力容器設計不安全因素

2．1 壓力容器使用年限因素

化工壓力容器在實際使用過程中，隨著使用時間的推移，容器性能會逐漸下降。因此一旦長時間使用化工壓力容器，很容易導致安全事故的發生。在實際進行化工壓力容器設計時，使用年限是一項重要的不安全因素，需要引起重視，盡可能延長化工容器安全使用年限，更好的保證壓力容器安全。除此之外，在一些企業中，除了缺乏對化工壓力容器使用年限的重視，而且也缺乏必要的維護，導致化工壓力容器性能在加速衰退，從而在沒有達到使用年限時，便已經有了“報廢的傾向”，這對容器的使用也埋下了安全隱患。基于此，在實際進行化工壓力容器設計時，還應充分考慮維護保養因素，不斷提升化工壓力容器的綜合性能，盡量延長化工壓力容器的使用年限。

2.2 壓力容器材料因素

壓力容器的材料分為母材和焊材，合理選擇材料對容器的性能有著最為直接的影響，同時還能決定壓力容器后續使用是否安全。因此容器材料的選擇也是一項非常重要的不安全設計因素。在實際進行化工壓力容器設計的過程中，針對母材選擇，通常需要考慮到多方面影響因素，比如需要根據不同化工壓力容器的工作條件以及所盛的化學介質，合理選擇容器設計材料[2]，以及相應的焊材。總而言之，在實際設計過程中，應注重科學合理的選材，一方面，要保證壓力容器的性能指標滿足化工企業實際使用需求，另一方面，還應對容器不同部位選擇不同的材料，從而盡可能地降低材料的使用量，提高材料的利用率，讓每份材料均能充分發揮其應有的作用價值，有效減少設計制造成本。

2.3 壓力容器熱處理因素

針對化工壓力容器的設計，通常還需要從制造過程出發，針對一些零部件結構，考慮其熱處理性能，從而更好地保障化工壓力容器的使用安全性。在當前，針對壓力容器的熱處理設計，通常都重視以下兩點內容，一是焊接接頭，二是容器自身。針對上述二者的熱處理，將會對整個化工壓力容器安全有著重要影響。此外，在實際設計時，不能僅考慮設計成本，還應注重考慮整體設計安全，一旦缺乏對化工壓力容器必要的熱處理設計，將會對壓力容器使用安全帶來不利影響。基于此，在實際開展化工壓力容器設計時，應嚴格按照相關工藝標準，針對壓力容器的相關結構，做好熱處理設計。在這一過程中，應著重對關鍵結構件進行焊后熱處理，從而有效避免因焊接產生較大的殘余應力，影響化工壓力容器的使用安全性。

3 化工壓力容器安全設計策略

3．1 延長壓力容器使用年限

從當下化工企業生產現狀來看，針對壓力容器的使用，很多企業依然缺乏對其使用年限的重視，經常在容器超出使用年限后，依然進行使用。面對這些情況，一方面除了加強宣傳，讓化工企業認識到超出使用年限應用化工壓力容器的危害性；另一方面，還應從化工壓力容器設計入手，充分考慮多種情況，比如化工壓力容器工作條件、使用要求等，注重設計方案針對性優化，從而在特定的生產環境下，盡可能延長化工壓力容器的使用年限，從而更好地保障其使用安全性[3]。比如在實際進行設計時，考慮到化工企業都存在很多腐蝕性較強的液體，且對液體存儲壓力有著較高要求，因此在實際設計時，考慮留有腐蝕余量，同時注重提升壓力容器的耐腐蝕性與抗壓性，延緩容器的老化，同時在產品說明書中注重強調化工壓力容器使用維護檢查，從而盡可能地在實際生產中延長化工壓力容器的使用年限，更好的保證化工壓力容器的使用安全。

3.2 合理采用壓力容器設計材料

針對化工壓力容器的設計，材料既是設計基礎，同時也是維護容器安全的重要保障，一旦材料選擇不合理，那么再精巧的結構、再合理的設計均不能夠保證化工容器的安全。基于此，在實際進行化工壓力容器設計時，注重材料的科學合理選用也非常重要。在實際設計過程中，除了要考慮化工壓力容器的用途，還應考慮其使用環境等，從中進行綜合分析，選擇合理的材料，并使得材料盡可能兼顧多種要求。在此基礎上，還應準備好一套材料備用設計方案，從而在后續壓力容器生產過程中，一旦原設計材料使用出現了意想不到的問題，還可以有備用方案進行選擇。例如，在強腐蝕性化學介質運用上除了運用不銹鋼材料外還可采用鈦-鋼復合鋼板，與介質接觸里層選用鈦材，外層選用低合金鋼，這樣更有利于節約成本。

3.3 科學應用熱處理工藝

在實際開展化工壓力容器設計時，熱處理工藝也是一項需要著重考慮的因素。針對熱處理工藝設計應用，除了要對容器自身實施熱處理去除殘余應力外，還需對壓力容器一些重要的焊接接頭，同樣需要實施熱處理[4]。在這一過程中，應嚴格控制熱處理溫度，避免材料受高溫影響變性。與此同時，針對不同材料，還應注重體現熱處理的差異性與針對性，以免由于熱處理不當，對整個壓力容器性能造成不利影響。此外，針對化工壓力容器焊接后熱處理設計，在焊接處，有可能出現殘余應力，不利于整體壓力容器的安全，因此還應合理選擇壓力容器材料，并立足每個加工環節，加強熱處理工藝控制，有效避免化工壓力容器變形，更好地保證其使用安全性。

4 結語

綜上所述，化工壓力容器設計是一項較為系統復雜的過程，在具體設計實踐方面，通常會受到很多不安全因素的影響。基于此，需要提高對這些因素的重視，并對其進行深入分析，在此基礎上，采取一些針對性應對策略，從根本上保證化工壓力容器設計的安全性。