壓力容器設備壁厚優化設計研究

呂明璐

摘要：隨著社會主義工業化的不斷發展，壓力容器設備被廣泛的應用到各行各業，滿足了生產生活的需要。一般而言，為了保證壓力容器的安全性，企業生產部門會增加容器設備的厚度，這在一定程度上起到了安全保護的作用，但是造成成本的消耗。本文主要闡釋了壓力容器設備壁厚原理、有限元模型分析、優化設計的思考和優化措施。

關鍵詞：壓力容器;壁厚;優化設計

對于壓力容器的應用，我們首先是考慮它的安全性能，這也是應用者最先考慮的因素。面對制作設備成本的增大，如何在保障安全的情況下減少其成本的投入，是所有生產部門需要解決的問題。

一、壓力容器設備壁厚原理分析

對于壓力容器設備來說，壁厚的優化設計工作十分復雜。如果設計的設備容器壁過厚，這不僅增大了生產材料的成本，而且增加了壓力容器的體積，占用了更大的空間位置。所以在設計過程中，應該根據設計要求采用特定的方法，控制好各種參數和要素，達到生產的最優化組合。在生產過程中，可以根據壓力容器的實際情況，建立操作模型，綜合考慮周邊環境和各種因素，在探索中不斷改進思路和優化方案，使壓力容器設備的壁厚更加符合用戶的需求。

在計算的過程中，函數關系為我們的設計提供了重要的幫助。在設計過程中，設計者首先要明確約束條件函數和目標函數，確保得出不同的向量組合。得出向量組合之后，設計者根據得出的結果優化設計方案，從中找到性價比最高的一條設計方案。在優化過程中普遍會用到有限元分析法。它的應用極大減輕了設計者在設計優化過程中的工作難度，提高了設計的準確度和精確度。

二、有限元設計模型的分析

（一）確定設計條件

在利用有限元進行優化的過程中，首先要確定設備使用的要求、壓力的條件和要達到的目標，只有對流程有一個清晰的認識，才能在優化過程中有條不紊的進行設計施工。對于模型的建立，一般情況下會用到軸對稱的知識，軸對稱的結構在分析有限元的過程中起著重大的作用。在設計模型中，設計者有大量的工作，如果細節處理不好，很容易影響整個模型的質量，最終導致電壓容器壁厚不達標。在借鑒軸對稱的原理下，設計者可以建立一半的設計工程，這對于整個模型的構建起到了重要的鋪墊作用，也提高了工作效率，縮短了工作周期。

（二）優化設計流程

在優化過程中，我們經常用到網格劃分的方法，把建設好的模型用網格劃分后，獲得每個對應點的數據坐標。獲得坐標數據之后，設計者對其進行施加荷載和約束條件。從數據的記錄來看，有限元所得到的優化結果是通過數據的不斷迭代實現的，它參照約束目標和約束條件不斷的調整和趨近目標，最后達到最理想的狀態。通過這種方式，在保障安全的情況下減輕了設備的體積。

三、電壓容器設備壁厚的思考

在優化電壓容器壁厚的過程中，有限元的應用對于優化工作起到了重要的推動作用。從中我們可以看到有限元運用的可行性，并且十分值得被推廣。但是針對不同的條件，也需要靈活運用和優化。比如對于壓力容器設備較小的空間場合，基本上不用采用有限元的方法進行優化，因為電壓容器壁厚已經達到了極限，沒有太多需要發揮的空間。但是隨著我國工業化進程的不斷加快，許多電壓容器設備的壁厚需要改良和創新，這時有限元的方法就發揮出了它的魅力。在大型企業的壓力容器設備壁厚的改良過程中使用有限元方法，可以減少壓力容器設備的體積和占地空間，提升了產品的整體優勢和性能，拓寬了市場的渠道，也為企業節約了成本。但是，在應用有限元的方法中，應該重視建模的過程，在建模中時刻保證數據的準確性，防止建模出現問題，對后期的優化工作造成影響[1]。

在優化過程中，除了采用有限元的方法之外，還可以采用其他的優化方式，比如智能尋優算法，也可以使壓力容器設備得到最優的設計效果。運用智能尋優算法，可以實現數據的不斷迭代，而且在這個過程中不用建立模型，這極大的減少了優化設計的工作量，還保證了壓力容器設備壁厚的最優化設計，可謂一舉兩得。

四、壓力容器設備壁厚的優化措施

（一）加強對于壓力容器設備的保護

壓力容器在企業單位的生產過程中承擔著重要的輸送壓力作用，所以在傳送中可能會存在這樣那樣的隱患。為了減輕壓力容器的輸送壓力，設計者一般會安裝許多泄壓的設備，這無疑又加重了壓力容器設備的安全隱患。基于此，設計者必須加強對壓力容器的保護工作。尤其是在雨雪天氣，壓力容器和泄壓裝置很容易出現危險，所以有關單位的技術人員應該加強對壓力容器設備的保護工作。

（二）注重壓力容器設備的選材工作

基于壓力容器設備對于安全性要求的需要，在設計制作壓力容器時，技術人員必須層層把關，切實保證壓力容器的選材用料符合國家標準。在實際的設計中，對于材料的要求首先是考慮材料的荷載能力，根據不同場所的需要，設計者要選擇合適的材料進行制作設計。材料的質量是決定壓力容器設備好壞的關鍵，只有切實保障材料的合理化選擇，才能發揮壓力容器設備的作用，為企業的安全發展保駕護航。

（三）加強設計者的綜合素質能力

壓力容器設備的設計，對于設計者的從業素質和專業素質都有極高的要求。設計者必須對于數據有著強烈的敏感度，還要具備專業的知識素養。但是，目前的從業者還需要不斷加強專業技術和專業能力的學習。對于企業來說，應該組織不同的學習交流活動，給設計者提供學習和提高業務水平的平臺，讓他們在學習活動中不斷進步發展，為壓力容器設備的研究設計工作做出貢獻。另外，企業應該完善員工內部獎勵機制，對于在學習活動中進步較大的設計者給予物質或者精神的獎勵，調動他們的學習積極性，引導他們主動的加入到學習專業知識的隊伍中來。最后，設計者應該認識到自身工作的重要性，一點工作疏漏的出現可能直接影響整個生產線的安全工作，所以更應該從自我做起，不斷的加強知識的學習，提升自身的素質[2]。

結語：

對于壓力容器設備壁厚的優化來說，這是一項非常復雜的任務，必須謹慎小心，在優化中可以采用有限元方法解決問題，但是也可以使用不同的優化方式，都能起到優化的作用。在優化設計方案時，設計者一定要靈活應用各種方法，控制好目標函數和約束條件，切實保證壓力容器的安全性。相信在共同的努力下，壓力容器設備壁厚的優化工作一定會取得突出的成效。

參考文獻：

[1]郭義幫.壓力容器定期檢驗、檢測誤差分析及對策探討[J].技術與市場，2020，27（10）：106-107.

[2]李瑞生，蔣拓，黃仲正，高名乾，李君君，林漢華.關于壓力容器等強度計算方法在油缸筒壁厚優化中的研究與應用[J].液壓氣動與密封，2020，40（05）：25-28.

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