張同勝 李 霄 單伯超

山東聯(lián)盟特種裝備有限公司

淺談壓力容器設計注意的幾個問題

張同勝 李 霄 單伯超

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在科學技術突飛猛進的現(xiàn)代社會，技術人員越來越注意到壓力容器設計過程的重要性。壓力容器在目前的運輸和存儲等方面應用十分廣泛，如何改進壓力容器的設計水平也始終是研究者所關注的重點問題。設計壓力容器時必須采用嚴格的技術要求，在頒布的新規(guī)定的指導下綜合考慮影響壓力容器使用的可靠性的因素，并解決壓力容器出現(xiàn)的問題，從而使壓力容器的具有優(yōu)異的性能。鑒于此，本文主要分析壓力容器設計注意的幾個問題。

壓力容器；設計；問題

1、概述

壓力容器指的是用來盛裝氣體或者液體，并具有一定壓力的密閉性容器設備。隨著經濟及科技的迅猛發(fā)展，壓力容器的種類日漸增多，依據(jù)承壓等級來劃分，壓力容器可以分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器；依據(jù)盛裝介質來劃分，壓力容器可以分為易燃有毒、非易燃無毒以及劇毒等；依據(jù)制造工藝來劃分，壓力容易可以分為換熱容器、反應容器、貯運容器和分離容等類型。

2、壓力容器設計中常見的幾個問題

2.1 忽略壓力容器常規(guī)的使用壽命

近年來，壓力容器的使用年限逐步成為國家關注的焦點，應盡量避免因壓力容器使用超限而造成安全問題出現(xiàn)。《固容規(guī)》有著非常明確的規(guī)定：在進行圖紙設計的過程，設計單位必須對壓力容器的設計使用年限予以重點標注。然而在實際操作過程中，大部分設計單位對這項規(guī)定并未嚴格執(zhí)行，忽略了對壓力容器使用年限的標注，同時部分使用者雖然注意了壓力容器的設計使用年限，但在實際操作過程中憑借自身經驗，對其使用年限進行任意延長。

2.2 設計人員錯誤估計了材料的變化

材料的使用是壓力容器設計的關鍵環(huán)節(jié)。依據(jù)壓力容器使用工況、制作工藝及實際需求，其制造材料也不盡相同。加上，受力情況不同、腐蝕程度不同對材料造成的影響也不同。因此，在實際操作過程中，壓力容器的設計人員需要對這些影響因素進行綜合考慮，一旦選用材料出現(xiàn)變化，那么其受力情況及其他指標也會相應地出現(xiàn)變化，需要重新計算。部分設計人員誤認為增加材料厚度就會提升容器的承壓能力，實際并非如此。材料厚度增加，殼體的受力就會從平面應力狀態(tài)轉變?yōu)槠矫鎽儬顟B(tài)，極易導致殼體變脆，甚至出現(xiàn)斷裂危險。

2.3 設計過程中的熱處理問題

多數(shù)情況下，鋼板冷成型受壓元件需要經過一定的熱處理工藝。例如，所盛裝的液體具有較強的毒性和腐蝕性時，合成鋼在成型后會降低一定的厚度，要想成型變形率達到相關指標的要求，就必須采用熱處理工藝，確保材料原本性能的恢復。然而在實際操作過程中，設計人員通常會對容器壁和封頭的熱處理進行重點關注，卻忽略了接管處的熱處理，導致材料變形的情況出現(xiàn)，無法達到相關標準要求。

3、對壓力容器在設計中存在的問題的防范措施

3.1 針對使用年限問題的防范措施

就這個問題而言，設計人員在實際設計壓力容器的過程中，理解并掌握與壓力容器的設計有關聯(lián)的設計技術標準，加大力度研究壓力容器的使用壽命問題，采用高科技方法以及先進的技術，觀察影響壓力容器使用年限的主要因素，進而既科學又準確地估計出壓力容器的使用年限，防止估計的使用壽命變短或者變長，增加工廠的經濟收益，達到真正的安全性生產。

以下幾個方面是具體地估計壓力容器的使用年限的步驟，第一步就是弄清楚壓力容器的腐蝕狀況，如果壓力容器受到嚴重的腐蝕，則使用時間會極大地變短，腐蝕速度的快慢程度是材料的均勻腐蝕性能的指標。設計人員在合理計算容器的使用壽命時，需要考慮到材料的腐蝕速率。為了能夠更加精確以及科學地預計出容器的最大極限腐蝕裕量等數(shù)據(jù)，必須考慮到受到的外力的具體情況。

3.2 針對材料變化的防范措施

在設計壓力容器的過程中，不同階段對應選擇不同的材料，設計時需要注意比較薄的材料改為厚的材料，這樣造成厚度不同的鋼板相互之間連接的結構不相同。其中，要特別注意加厚的封頭與殼體部分之間的相互連接，且加厚的封頭必須要進行削邊處理，除此之外，在筒體與管板的連接中，厚度急劇變化使得焊接接頭的應力增加，這嚴重影響了焊接部分的質量。

由于鋼板厚度影響著鋼板的許用應力，所以，設計人員采用“以厚代薄”的辦法對鋼板進行替換，認為能夠提高牢固性，事實上這樣的想法是錯誤的。如果那樣做會很難預測壓力容器的應力，得到錯誤的估計的結果，誤差比較大，質量非常容易出現(xiàn)問題。所以，為了獲得準確性的預計結果，在壓力容器的設計時要防止換板的現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 針對壓力容器設計熱處理的防范措施

壓力容器的設計過程中出現(xiàn)的常見的問題也包括熱處理的問題，在對厚度是20mm以及直徑是400mm左右的低合金鋼的壓力容器進行接管設計時，最好的是設計成無縫鋼管。當設計者在設計過程中沒有留意到熱處理的問題時，壓力容器的各個功能會受到影響，導致接管過程出現(xiàn)問題。

通常情況下，硬度較大或者厚度過大的鋼板的塑性很差，厚度大但是直徑比較小的筒體鋼材進行冷卻卷曲工作后，其具有很大的變形幅度，硬度會因此而發(fā)生很大程度的改變，原因是由于塑性的急劇降低和內應力的變大導致容器不能正常工作，更有甚者產生少許的裂痕，壓力容器的安全性受到極大的挑戰(zhàn)。因此，就厚度很特別的鋼板，為了使鋼板的塑性、強度以及硬度得到提高，退火工藝必須在冷成型過后進行。

總之，壓力容器在許多的企業(yè)和工業(yè)得到廣泛的運用，尤其是與石油或者化工相關的企業(yè)，因此，壓力容器在工業(yè)中具有極其重要的位置。由于我國在壓力容器方面的技術還不夠成熟，設計壓力容器時會發(fā)生不少的問題。從容器的設計到制造再到調試安裝，各個步驟都必須符合可靠性要求。壓力容器的設計人員要有扎實的相關知識，可以很好地把握壓力容器在設計中出現(xiàn)的問題，并防止問題的產生。

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