壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題解析

張國(guó)杰　趙振遠(yuǎn)(山東國(guó)信工業(yè)設(shè)備有限公司;濟(jì)南昌圣達(dá)化工設(shè)備有限公司,山東 濟(jì)南 50000)

壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題解析

張國(guó)杰1趙振遠(yuǎn)2
(1山東國(guó)信工業(yè)設(shè)備有限公司;2濟(jì)南昌圣達(dá)化工設(shè)備有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)也在蓬勃發(fā)展的狀態(tài)下。當(dāng)前，壓力容器設(shè)計(jì)方面即使是在目前技術(shù)如此發(fā)達(dá)的情況下，也會(huì)出現(xiàn)一些問題。而由這些問題所帶來的影響，也使壓力容器在設(shè)計(jì)方面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)不合理或者是使用技術(shù)不合理的現(xiàn)象。這些問題不僅會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)硪恍┎槐匾慕?jīng)濟(jì)損失，也使設(shè)計(jì)出來的壓力容器面臨著嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)。本文基于筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，分析一下壓力容器設(shè)計(jì)方面的若干問題。

壓力容器；設(shè)計(jì)問題；解決措施

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)與國(guó)際間的接觸越來越頻繁，在市場(chǎng)方面也逐漸與國(guó)外形成競(jìng)爭(zhēng)。因此，為了讓我國(guó)的產(chǎn)品成功的走向國(guó)際，讓我國(guó)的企業(yè)能夠躋身于外國(guó)市場(chǎng)，提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力是一個(gè)重要途徑。對(duì)于壓力容器產(chǎn)品來說也不例外，提高其設(shè)計(jì)水平，進(jìn)而提高該產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，才能使這個(gè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。但是，就目前的情況來看，許多企業(yè)所生產(chǎn)的壓力容器在設(shè)計(jì)方面都出現(xiàn)了一些技術(shù)性的錯(cuò)誤。

1　一些比較重要的技術(shù)參數(shù)的確定

在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)涉及到許多的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)在不同的設(shè)計(jì)規(guī)定中的含義都會(huì)有所不同。因此，在設(shè)計(jì)過程中理解到正確的參數(shù)含義以及正確的選擇技術(shù)參數(shù)，將會(huì)對(duì)壓力容器的各方面形成非常大的影響。在眾多技術(shù)參數(shù)中，筆者主要選取了其中兩個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)來進(jìn)行解析。

1.1腐蝕裕量。在正常情況下，壓力容器的腐蝕裕量主要就是根據(jù)兩種情況來進(jìn)行確定的：該設(shè)備的預(yù)設(shè)使用時(shí)長(zhǎng)以及介質(zhì)對(duì)壓力容器的腐蝕速率。但是，目前壓力容器生產(chǎn)的零件設(shè)備許多都沒有確切的給出材料的被腐蝕速率，在這樣的情況下，設(shè)計(jì)者也就很難知道使用材料的準(zhǔn)確腐蝕裕量，一般的做法就是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行簡(jiǎn)單粗略的估計(jì)，然后大致的給出材料的腐蝕裕量。然而這樣做所帶來的問題并不小，因?yàn)槿萜鞯母g裕量不夠準(zhǔn)確，所選擇的材料自然存在差異，這樣就會(huì)直接影響到壓力容器的生產(chǎn)成本以及安全性能。

要解決這樣的問題，就需要材料的生產(chǎn)廠家提供給設(shè)計(jì)者材料準(zhǔn)確一致的腐蝕速率，不同性質(zhì)的材料區(qū)別處理，從而保證使用材料的準(zhǔn)確，減少?gòu)S家的不必要經(jīng)濟(jì)損失，提高產(chǎn)品的安全性能。

1.2焊接結(jié)構(gòu)。在焊接結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)的問題主要就是在球形接頭與圓筒鏈接這一過程當(dāng)中，主要原因就是在進(jìn)行環(huán)向連接時(shí)，圓筒的經(jīng)線半徑曲率出現(xiàn)了變化，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題。從焊接結(jié)構(gòu)的分類來看，這種環(huán)向結(jié)構(gòu)在規(guī)定中屬于A類，也就是縱向承受應(yīng)力的焊接接頭。雖然這是規(guī)定，但是在壓力容器的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中這個(gè)規(guī)定與實(shí)際之間卻存在一些差異。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中要解決這一類的焊接結(jié)構(gòu)問題，對(duì)封頭球形來說，可以利用的方法是削邊筒體端步法，簡(jiǎn)單來說就是把半球球殼的一端進(jìn)行削薄處理，再將封頭球形幾何圖形上面的筒體部分進(jìn)行削薄處理，最后再進(jìn)行局部的加厚處理。這種方法能夠有效地提高焊接接頭的承受應(yīng)力，提高使用壽命。不過，這種方法也存在一定的缺陷，這樣做會(huì)提高壓力容器的生產(chǎn)成本，因此，在實(shí)際操作過程中還有待考慮。

2　平蓋接管開孔補(bǔ)強(qiáng)直徑的計(jì)算問題

在對(duì)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者都會(huì)在壓力容器的平蓋上設(shè)計(jì)圓孔。但是在平蓋自身特點(diǎn)的影響下，平蓋上開設(shè)的圓孔會(huì)受到雙向拉伸的作用，甚至是在開孔邊緣所集中起來的應(yīng)力能夠達(dá)到兩倍的基本應(yīng)力。而為了讓這些應(yīng)力盡量減小、集中，通常都會(huì)采用開孔補(bǔ)強(qiáng)措施，也就是外部加強(qiáng)元件或者是提高平蓋的厚度。在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)過程中，影響其參數(shù)計(jì)算的最主要因素就是平蓋開孔的直徑大小，這是因?yàn)槠缴w接管一般情況下都采用內(nèi)插管與平蓋雙側(cè)焊接這一結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的直接因素成為開孔的直徑大小。

在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，平蓋與接管之間的焊接結(jié)構(gòu)主要是兩種結(jié)構(gòu)特征，一是全焊透結(jié)構(gòu)，二就是非焊透結(jié)構(gòu)。對(duì)于前者來說，在計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)時(shí)介于平蓋與接管已經(jīng)成為一個(gè)整體，所運(yùn)用的平蓋開孔直徑應(yīng)當(dāng)是接管內(nèi)徑和兩倍厚度附加量的和。而對(duì)于后者來說，所運(yùn)用的平蓋開孔直徑應(yīng)當(dāng)是接管外徑加上兩倍間隙的和。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者往往會(huì)忽略平蓋與接管之間的焊接特征，即使是全焊透結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)仍舊運(yùn)用非焊透結(jié)構(gòu)的平蓋開孔直徑?？上攵?，這樣所計(jì)算出來的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)果存在較大誤差，平蓋的厚度量減小，造成壓力容器的安全性能存在不足。

3　耐壓試驗(yàn)的免除問題

一般情況下，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)免除的對(duì)象是那些現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組件焊接的大型壓力容器，因?yàn)檫@樣的大型壓力容器設(shè)計(jì)不能進(jìn)行壓力試驗(yàn)，類似于不能承受液壓試驗(yàn)過程中的水的重量的壓力容器。作為檢測(cè)壓力容器安全性能以及產(chǎn)品質(zhì)量的試驗(yàn)之一，耐壓試驗(yàn)具有重要的決定意義，然而有一部分的設(shè)計(jì)工作者在設(shè)計(jì)中卻認(rèn)為對(duì)于特殊的壓力容器并不需要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。導(dǎo)致在特殊壓力容器的設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題。

在進(jìn)行免耐壓試驗(yàn)的特殊類壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證這一類壓力容器的質(zhì)量以及安全性能，設(shè)計(jì)過程中一定要注意使用材料的性質(zhì)，包括力學(xué)性能以及化學(xué)成分，還要注意提高壓力容器在超壓泄放方面的能力，盡可能的采用全焊接頭。

4　結(jié)語(yǔ)

總之，在壓力容器的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員既要保證加工過程中的工藝水平，也要保證壓力容器的質(zhì)量以及安全性能，只有兩者的完美結(jié)合這樣，才能取得最好的結(jié)果，不斷提高壓力容器的生產(chǎn)效益，促進(jìn)國(guó)家社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

［1］路鏡遠(yuǎn).壓力容器設(shè)計(jì)問題及解決途徑［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（11）.

［2］王婷，王靜，邱金梁.探討壓力容器設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方法［J］.化工管理，2013（4）.

［3］桑如苞.關(guān)于壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)若干問題的建議［J］.化工設(shè)備設(shè)計(jì)，1997，（5）：24.