压力容器设计技术问题探析范文

摘要：

压力容器在目前的运输和存储等方面应用十分广泛，如何改进压力容器的设计水平也始终是研究者所关注的重点问题。就目前我国的现状来讲，在对压力容器进行设计时，除了要严格遵循行业规范和国家的法律法规外，还应当注重从技术方面改进设计水平，具体包括注重压力容器的设计参数以及容器的塑料失效性设计、疲劳设计、抗腐抗压设计以及概率性设计。

关键词：

压力容器;设计;能源工业

一、引言

压力容器指的是用于盛装气体或液体并且承载一定压力的密闭设备，它在石油化学工业、能源工业、军用工业等等关系到国民经济发展的部门应用十分广泛。但是由于承载物品一般具有易燃易爆或强腐蚀性等特性，因此压力容器的质量直接关系到财产和人身安全，压力容器的设计工作也与工作人员的专业素养和专业技能有着密切关系。在压力容器设计过程中，常常遇到一些技术方面的问题，如在面对同一个设计参数时往往有不同的解释出现。因此如何正确设计压力容器，将直接关系到成本的节约与压力容器的安全性。

二、压力容器的重要设计参数

关于压力容器的设计有很多繁杂、需要注意和处理的细节，但是压力容器的设计参数、制造材料以及设计工艺是其设计的重点。而设计参数更是设计工作的第一步也是最重要的一步。只有准确确定设计参数，才能根据计算结果准确设计出符合标准的压力容器。

(一)焊接结构。焊接技术对压力容器的设计是十分重要的。焊前，要熟悉图样和技术要求，按照国家的相关标准和行业规范，对产品的结构及尺寸进行审核，然后根据设计要求和容器用途，从强度、韧性等方面考虑容器材料的选取。焊接时，先将组装好的筒体放在滚轮架上，然后用埋弧焊焊机顺着滚轮架顺时针旋转即可对内环缝较好地完成焊接。对夹套与夹套封头的焊接，其操作方法可参照上述内容。上述焊接过程完成后，必须要对焊缝进行认真检查，尤其是筒节与封头以及夹套与夹套封头的焊接。检查时要观察其是否焊接完整而无缝隙，确定焊接质量达到相关的标准。

(二)腐蚀裕量。腐蚀裕量设计与压力容器的安全性和成本有着直接的关系。这是因为要根据压力容器计划使用年限以及储存介质的腐蚀力，对压力容器的材质进行选择以及壁厚设计。然而由于目前国内对各种材料的抗腐蚀力等了解程度不足，很难对制作材料的抗腐蚀程度进行量化，这是先前我国科技水平和管理不到位造成的。因此，设计人员必须严格按照国家及企业所制定的工作规范，尽量准确地计算出容器的腐蚀裕量，尽可能进行准确的设计。目前国内有些企业在对压力容器接管处进行设计时，存在使用壳体50%的腐蚀裕量的材质。然而，这样的选择在遇到壁厚较小的接管时，其开孔补强会不够。因此，在必要时需要对其进行适当的补强，尤其是接管直径比较小或比较薄时，更要注意。

(三)膨胀节设置。压力容器中的膨胀节可以缩小圆筒和换热管之间的热膨胀差，从而使容器在轴向进行自由的伸缩。是否设置膨胀节，也可以根据设计要求中的伸缩程度来决定。判定方式为通过对圆筒和换热管的轴向应力进行计算，对照相应的技术规范查看计算结果，如果超出规定范围，就需要设置膨胀节来进行调节。在整个计算过程中，不能假定管板是绝对刚性，更不能只凭技术人员主观的判断来决定是否设置膨胀节，因为这样的做法，不仅可能会增加生产成本，还有可能危害到整个压力容器的安全。因此，必须采用合理有效的计算方法。

三、压力容器设计技术进展

(一)塑性失效设计。塑性失效设计准则指的是压力容器对于局部薄膜应力、弯曲应力的应力强度，应当有较大的弹性空间，即允许出现容器局部发生变形，但容器的其余部分依旧能够保持弹性，而又不对使用效果产生较大影响。此时，如果仍以弹性失效作为容器废弃的标准，会造成制作材料的浪费。因此采用塑性失效设计并以之为极限设计，来防止过渡变形是十分必要的。只有载荷的峰值达到载荷压力的上限，容器才会彻底失效。这样一来，既可以减少浪费又可以保证压力容器在使用年限之内能够安全运行。

(二)疲劳设计。所谓疲劳，指的是在重复多次的交变载荷下，压力容器的内部或外部会产生损坏或老化。压力容器在逐渐疲劳的过程中，工作人员常常很容易就忽略容器已经产生了明显的变形。因而在对压力容器进行设计时，这种逐渐损坏的过程常常被忽视，没有将其纳入考虑范围。在使用期间，压力容器所承受的交变载荷循环次数并不多，加之一些容器的应力并不高，使用时能够保证安全。随着技术的发展以及压力容器安全事故频发，容器的应力设计普遍得到提高，这时接管等位置的局部峰值应力可能会高于容器材料的承受范围。此外，压力容器过度疲劳引起的裂纹加深、边长破坏等所引发的事故也常常发生，约占总数的40%左右，因此容器的疲劳值设计越来越得到关注。

(三)抗腐、抗压设计。在对压力容器进行抗腐、抗压设计时，最关键的在于掌握溶液的压力水平和腐蚀机理。不同的材质、温度、介质流态等都对抗腐与抗压的设计有着重要的影响。同时，不同压力下的腐蚀程度也不相同。因此对不同的材料在不同环境、不同状态下的抗腐蚀和抗压能力都进行了研究，并提出了表面涂漆、热工艺处理以及调整材料中铬含量等方法。压力容器有些可以免除耐压试验，免除的对象是那些需要在现场进行组装与焊接的大型压力容器。这是由于对这些大型的压力容器进行压力试验是十分不方便的，且会使成本大大提高。当然，进行压力实验的目的在于保证压力容器能够符合设计的质量标准，保证使用过程中的安全性。由于产品的特殊性而进行免耐压试验是不得已而为之，因此在进行免耐压试验的特殊类压力容器设计时一定要注意使用材料的性质，并且尽量提高压力容器在超压泄放方面的能力，尽可能采用全焊接头，提高安全性，避免质量问题的出现。

(四)概率设计。压力容器的概率设计采用了率近代数理统计的计算方法，对压力容器的安全性和经济性进行全方位的评估。通过计算，可以得知压力容器失效的可能性。同时，通过概率设计，还可以评估整个压力容器是否达到运输产品所要求的最低可靠性概率，并将每个零件所需要具备的可靠性概率进行合理的分配。总而言之，压力容器的概率设计不但使得设计人员对容器的设计有了更多更详细的掌握，降低生产成本的同时也保障了容器的安全性。

四、结语

压力容器在目前的运输和存储等方面应用十分广泛，如何改进压力容器的设计水平也始终是研究者所关注的重点问题。就目前我国的现状来讲，在对压力容器进行设计时，要严格遵循行业规范和国家的法律法规，保证压力容器在设计、生产方面不出现非技术性的质量问题。同时，要结合具体工作实际，在工作过程中不断发现现有技术和生产的不足之处，不断研究新的技术，提高安全标准，使设计和制作出的压力容器安全可靠。

参考文献：

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［2］丁子荣，刘立峰．压力容器设计中几个问题的探讨［J］．科技资讯，2011，17:105

［3］王允昌．压力容器的设计技术和发展展望［J］．压力容器，1992，3:7～10

［4］樊保龙，胡双启，张建忠，王秀丽．压力容器设计的一般要求及技术进展［J］．工业安全与环保，2007，4:25～26

作者:邓硕 单位:石家庄市石换换热环保有限公司