壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算的相關(guān)誤區(qū)

李中(北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所,北京 100074)

壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算的相關(guān)誤區(qū)

李中(北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所,北京 100074)

壓力容器在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中涉及到焊接、材料、力學(xué)和熱處理等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。壓力容器設(shè)計(jì)需要遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，而且也應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家制定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有進(jìn)行了正確的設(shè)計(jì)和計(jì)算才能使壓力容器的質(zhì)量得到有效保障，減少使用過(guò)程中的安全隱患。本文筆者將詳細(xì)分析在壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中存在的相關(guān)誤區(qū)，旨在為更好的設(shè)計(jì)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

壓力容器；設(shè)計(jì)計(jì)算；相關(guān)誤區(qū)

壓力容器屬于特種設(shè)備，與人們的財(cái)產(chǎn)安全和生命安全息息相關(guān)。其設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為GB 150。計(jì)算軟件為SW6，對(duì)壓力容器中的各種元件進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于之后的投入應(yīng)用意義重大，是其安全應(yīng)用的保障，所以在進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)之前需要理解相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的認(rèn)知誤區(qū)，將會(huì)直接對(duì)設(shè)備安全產(chǎn)生不利影響，因此必須提高重視度?，F(xiàn)在將壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中常遇到的幾個(gè)誤區(qū)進(jìn)行闡述，希望能夠引起設(shè)計(jì)人員的重視，減少類(lèi)似錯(cuò)誤的發(fā)生。

1 壓力容器及其設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容闡釋

壓力容器當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，這主要是因?yàn)槠渚邆淞吮容^好的密閉保存功能和承載壓力的能力[1]。尤其是在軍工部門(mén)、科研部門(mén)和能源行業(yè)等，壓力容器所發(fā)揮的作用十分重要。當(dāng)前在市場(chǎng)上所應(yīng)用的壓力容器大多是由六個(gè)部分構(gòu)成，包含支座、接管、開(kāi)孔、密封元件、法蘭、封頭以及容器筒體等。這是最為基本的構(gòu)造，一部分的壓力容器根據(jù)其具體應(yīng)用領(lǐng)域的不同會(huì)增添一些不同種類(lèi)的內(nèi)部元件。

壓力容器在具體的應(yīng)用過(guò)程中是需要處于承壓和密封的工作狀態(tài)，因此如果設(shè)計(jì)出現(xiàn)缺陷或者是操作過(guò)程出現(xiàn)失誤將會(huì)增加起火、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人們的生命安全和生產(chǎn)安全產(chǎn)生重大威脅，所以在設(shè)計(jì)和計(jì)算的過(guò)程中必須要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)壓力容器中各個(gè)元部件的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使壓力容器的可靠性和安全性得到有效提高。

2 壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)誤區(qū)

2.1 人孔蓋開(kāi)孔時(shí)誤區(qū)表現(xiàn)

在壓力容器設(shè)計(jì)的過(guò)程中經(jīng)常需要面對(duì)人孔蓋上開(kāi)孔現(xiàn)象，若遇到此種問(wèn)題不及時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)處理，會(huì)對(duì)后期的安全生產(chǎn)形成潛在威脅。在一些大型儲(chǔ)罐或者是埋地油罐中比較常發(fā)生這種現(xiàn)象。比如某個(gè)設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行儲(chǔ)罐的水壓試驗(yàn)時(shí)，人孔蓋開(kāi)孔處出現(xiàn)了十分嚴(yán)重的變形，造成了較為嚴(yán)重的泄漏事故。這種事故產(chǎn)生的原因就是未對(duì)人孔蓋開(kāi)孔形成足夠的認(rèn)識(shí)，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免不重視人孔蓋開(kāi)孔處變形現(xiàn)象的發(fā)生，減少安全事故。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)壓力法蘭強(qiáng)度計(jì)算時(shí)誤區(qū)表現(xiàn)

根據(jù)我國(guó)關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果選用的法蘭為JB/T4700-4707時(shí)，不需要進(jìn)行法蘭強(qiáng)度計(jì)算。法蘭錐徑小端的有效厚度會(huì)受到腐蝕余量的直接影響，而這個(gè)位置又是法蘭最大應(yīng)力的發(fā)生處。所以如果腐蝕余量大于規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要校準(zhǔn)計(jì)算法蘭，如果法蘭無(wú)法滿(mǎn)足要求要重新調(diào)整法蘭，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的具體要求。另外關(guān)于法蘭容易被忽視的問(wèn)題是法蘭焊接過(guò)程中所遵循的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)規(guī)定顯示：對(duì)于長(zhǎng)頸法蘭而言，若工作壓力≧0.8倍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大應(yīng)力時(shí)需要對(duì)圓筒和法蘭對(duì)接焊縫開(kāi)展100%的超聲檢測(cè)或者射線檢測(cè)[2]。如果容器圖樣對(duì)容器的相關(guān)檢測(cè)沒(méi)有滿(mǎn)足上述標(biāo)準(zhǔn)，需要在設(shè)計(jì)的圖樣中將其標(biāo)注出來(lái)。之所以要對(duì)法蘭焊縫進(jìn)行檢測(cè)主要是因?yàn)閳A筒和法蘭之間焊縫的應(yīng)力水平十分高，對(duì)法蘭的強(qiáng)度有很大影響，其好壞甚至直接決定法蘭強(qiáng)度。如果對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)的要求比較高的話(huà)需要對(duì)其進(jìn)行100%的檢測(cè)。

2.3 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)誤區(qū)

開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的過(guò)程中所出現(xiàn)的誤區(qū)主要是將實(shí)際外伸長(zhǎng)度誤認(rèn)為其帶管法蘭的長(zhǎng)度。如果此種情況出現(xiàn)之后未進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救將會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算過(guò)程中采用的正確的方法是：需要將接管的實(shí)際外伸長(zhǎng)度看做是具有同樣效能的補(bǔ)強(qiáng)面積所需要的接管伸長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)者在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)將其當(dāng)成為有著密封作用的法蘭高度內(nèi)含的程度。在檢測(cè)時(shí)這種失誤所引起的結(jié)果并不明顯，可能會(huì)通過(guò)，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)墻面積出現(xiàn)相應(yīng)的偏差，為后期帶來(lái)不少困境。

2.4 橢圓形封頭焊接接頭系數(shù)取值誤區(qū)表現(xiàn)

根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，橢圓形封頭的拼接焊縫進(jìn)行100%的檢測(cè)。所以很多設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)在封頭厚度計(jì)算的公式中將焊接接頭的系數(shù)直接定位1.0，這實(shí)際上并不正確，導(dǎo)致這種錯(cuò)誤出現(xiàn)的原因是，標(biāo)準(zhǔn)中有這樣一句話(huà)：“檢測(cè)的長(zhǎng)度可將其計(jì)入局部檢測(cè)的長(zhǎng)度之中”。所以在這種情況之下，就算是100%的RT，合格的級(jí)別并不是一致的，焊接接頭的系數(shù)需要取總體容器的數(shù)值。比如一容器焊縫為雙面焊接對(duì)接接頭，按規(guī)定進(jìn)行20%的射線檢測(cè)，在應(yīng)用計(jì)算公式時(shí)接頭的系數(shù)并不是1而是0.85，若是整板成型的封頭系數(shù)可以直接取1.所以設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)封頭焊接系數(shù)是要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行界定。

3 結(jié)語(yǔ)

壓力容器被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，設(shè)計(jì)和計(jì)算作為其重要的環(huán)節(jié)需要格外重視，只有盡可能減少這個(gè)環(huán)節(jié)中的誤區(qū)，才能夠設(shè)計(jì)出更好的壓力容器，減少具體應(yīng)用過(guò)程中的安全隱患，提高壓力容器的安全性和穩(wěn)定性。

[1]張志輝.壓力容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題討論[J].石油和化工設(shè)備,2015,(12):68-69+67.

[2]冒圣國(guó).壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算中的幾種誤區(qū)分析研究[J].化工管理,2013,(16):246.