壓力容器設(shè)備中法蘭設(shè)計(jì)問(wèn)題及措施

劉 康 劉佃剛

（濰坊金健鈦設(shè)備有限公司，山東 濰坊 261000）

1 壓力容器法蘭的概述

壓力容器法蘭按法蘭環(huán)的連接情況劃分為：整體法蘭、活套法蘭和任意式法蘭。我國(guó)最常用的JB/T4701-4703標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭共有3種類(lèi)型：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，其中甲型、乙型平焊法蘭都屬于任意式法蘭。法蘭及其墊片、緊固件統(tǒng)稱(chēng)為法蘭接頭，法蘭接頭是工程設(shè)計(jì)中使用極為普遍、涉及面非常廣泛的一種零部件，也是工程設(shè)計(jì)及使用過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵部位。法蘭接頭設(shè)計(jì)是壓力容器設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。在選用標(biāo)準(zhǔn)甲型法蘭和計(jì)算非標(biāo)甲型法蘭時(shí)，設(shè)計(jì)人員選用材料不合理的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，采用乙型平焊法蘭甚至長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭代替甲型平焊法蘭的情況也較多，造成不必要的浪費(fèi)。

2 壓力容器設(shè)備中法蘭設(shè)計(jì)問(wèn)題

1）選擇材料問(wèn)題。材料的選擇是壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中最為基本同時(shí)也是最為重要的環(huán)節(jié)，材料的選擇將會(huì)影響到壓力容器的使用時(shí)間、使用性能、使用強(qiáng)度，并且根據(jù)人們的用途、使用地點(diǎn)等外在因素的差別，這也會(huì)影響到材料的選擇。為此在進(jìn)行壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)是應(yīng)當(dāng)去思考選取什么材料可以滿足綠色環(huán)保、適合使用環(huán)境、能夠承受壓力強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)條件等種種因素。有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中由于考慮不夠全面，從而導(dǎo)致材料承受不住壓力出現(xiàn)開(kāi)裂等毀壞表現(xiàn)，對(duì)人的生命健康、財(cái)產(chǎn)安全造成影響。

2）熱處理問(wèn)題。熱處理過(guò)程包括熱處理工藝控制、熱處理過(guò)程控制、熱處理分包是對(duì)分包方質(zhì)量的控制等等。在熱處理過(guò)程中由于熱處理工藝以及熱處理過(guò)程中的種種意外因素都可能會(huì)發(fā)生故障，而且部分設(shè)計(jì)者再進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中過(guò)度重視壓力容器的封頭、殼體的熱處理，但是卻往往忽視了接管設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)大的熱處理問(wèn)題，顧此失彼。

3）設(shè)計(jì)過(guò)程超出標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。通常情況下，在具體應(yīng)用中，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備尺度和設(shè)計(jì)壓力與標(biāo)準(zhǔn)法蘭存在差異的法蘭，會(huì)影響使用效果?；诖耍瑧?yīng)做好法蘭結(jié)構(gòu)的計(jì)算工作，在計(jì)算的過(guò)程中，既要分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又要對(duì)結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行充分考量。例如，針對(duì)SW6軟件，依托其開(kāi)展法蘭設(shè)計(jì)工作時(shí)，能夠看到其所計(jì)算的方法與標(biāo)準(zhǔn)一致，不存在太大的區(qū)別。但是，在安裝時(shí)，卻難以實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合，甚至?xí)驗(yàn)椴环斐煞ㄌm變形的問(wèn)題，降低其密封性，影響壓力容器質(zhì)量。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)工作中，沒(méi)有按照操作流程標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)等設(shè)計(jì)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)不良、設(shè)計(jì)操作不合理等問(wèn)題，對(duì)整體設(shè)計(jì)工作的高質(zhì)量、高效化開(kāi)展也會(huì)產(chǎn)生影響。

4）容器使用壽命存在的問(wèn)題。容器的使用壽命受到容器設(shè)計(jì)材料、環(huán)境因素、人為因素、自然消耗等影響。不少設(shè)計(jì)人員在使用壽命估算時(shí)常常會(huì)漏掉某一個(gè)因素，導(dǎo)致容器明明已經(jīng)超出了安全使用期限，卻依然被使用，存在著安全隱患。有些用戶在使用時(shí)已經(jīng)知道超出了使用期限，卻為了節(jié)約成本，依舊使用。在容器的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，某些不正確的使用手法或方式同樣也會(huì)影響容器的使用壽命。

3 壓力容器設(shè)備中法蘭設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

1）加大材料選擇重視程度。在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，材料的選擇屬于初始環(huán)節(jié)，需要全面考慮可能影響材料質(zhì)量的因素，尤其要考量容器材料的受力分析。例如，在構(gòu)造材料由厚變薄的條件下，其受力方向會(huì)發(fā)生怎樣的變化；當(dāng)材料由薄變厚，其受力力度是否發(fā)生改變等。除此之外，兩個(gè)板塊接縫處的焊接手法，對(duì)壓力容器法蘭設(shè)計(jì)也具有重要影響，所以在選擇材料時(shí)，應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)因素。另外，針對(duì)材料接口變厚的現(xiàn)象，也應(yīng)引起重視，并積極開(kāi)展邊角削平處理工作。不管使用何種材料，都需要盡量與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相符，并滿足有關(guān)技術(shù)條件的規(guī)定。

2）提高壓力容器熱處理技術(shù)水平。要想有效解決熱處理問(wèn)題，應(yīng)該注重從技術(shù)層面入手，改進(jìn)和優(yōu)化壓力容器的熱處理技術(shù)，提高技術(shù)水平。熱處理技術(shù)包含三個(gè)環(huán)節(jié)，一是加熱，二是保溫，三是冷卻，三者之間具有密切的聯(lián)系，在相互配合與融合的條件下，能實(shí)現(xiàn)最大的效用。為此，應(yīng)對(duì)以上三個(gè)環(huán)節(jié)加以重視。第一，在加熱環(huán)節(jié)，應(yīng)重視溫度，結(jié)合實(shí)際情況合理設(shè)置溫度，確保其精準(zhǔn)度。在熱處理中，需要保證溫度參數(shù)正確，準(zhǔn)確把握溫度，這有利于從根本上提高熱處理水平，早日實(shí)現(xiàn)熱處理目標(biāo)。焊后熱處理的溫度應(yīng)該與《鋼制球型儲(chǔ)罐》（GB 12337—2014）等標(biāo)準(zhǔn)相符。與此同時(shí)，合適的溫度對(duì)材料作用的發(fā)揮也十分有利，能強(qiáng)化容器質(zhì)量。第二，在加熱時(shí)，需注重保溫，加強(qiáng)對(duì)保溫時(shí)間段的控制。部分材料在加熱完成后，若不進(jìn)行保溫，而是直接采取降溫的措施，將會(huì)對(duì)材料造成嚴(yán)重的損壞，給壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)帶來(lái)不良影響。基于此，應(yīng)做好保溫工作，借助保溫延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，可減少不必要問(wèn)題的發(fā)生。第三，冷卻在壓力容器加熱處理中也不可忽視。若是材料不同、用途不同，那么所要求的冷卻方式也具有差異性。所以，應(yīng)做到具體問(wèn)題具體分析，結(jié)合材料選擇冷卻的方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的優(yōu)化。在選用材料的過(guò)程中，必須結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展操作工作，根據(jù)壓力容器設(shè)備的法蘭構(gòu)件特點(diǎn)、質(zhì)量要求等，針對(duì)性地選擇需要使用的材料，這樣才能預(yù)防因?yàn)椴牧蠁?wèn)題出現(xiàn)的熱處理不足現(xiàn)象。

3）合理控制超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。壓力容器法蘭設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性特征，受諸多因素影響。其中，有部分因素難以控制。為最大限度提高設(shè)計(jì)水平，需要從多角度出發(fā)，充分考慮可能引起材料差異的因素，并做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，為順利完成組裝提供優(yōu)越條件。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮超出標(biāo)準(zhǔn)的范圍，積極探索密封處理部件縫隙的方法，以提高處理效果。在整個(gè)過(guò)程中，應(yīng)做到靈活應(yīng)變，結(jié)合實(shí)際特點(diǎn)與要求，有針對(duì)性地控制法蘭環(huán)與錐頸尺寸，如果發(fā)現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，需及時(shí)調(diào)整，降低誤差，以獲得高密封性、結(jié)構(gòu)緊湊的鏈接體系，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4）重點(diǎn)考慮使用壽命問(wèn)題。為保證壓力容器使用壽命估算的正確性，應(yīng)完善壓力容器設(shè)備法蘭的設(shè)計(jì)工作，并有意識(shí)地將使用壽命設(shè)計(jì)納入其中，提高設(shè)計(jì)科學(xué)性。在計(jì)算壓力容器使用壽命時(shí)，需要分析酸堿、濕度等各個(gè)條件，在考慮設(shè)計(jì)因素的同時(shí)，還需探析使用過(guò)程中人為等因素對(duì)其產(chǎn)生的影響。例如，在實(shí)際使用中，若操作不當(dāng)將會(huì)給壓力容器帶來(lái)?yè)p壞，使用方法不合理會(huì)對(duì)壓力容器使用壽命造成的影響等。

為避免使用超出壽命期限的壓力容器，應(yīng)在壽命標(biāo)注環(huán)節(jié)縮短標(biāo)注的使用壽命，保證其短于估計(jì)使用壽命，以提高使用的安全性，進(jìn)而可防止因壽命不足問(wèn)題引發(fā)的安全事故，減少其給生產(chǎn)生活帶來(lái)的不良影響。在設(shè)計(jì)工作中，必須全面考慮法蘭構(gòu)件的壽命問(wèn)題，編制完善的壽命設(shè)計(jì)方案和計(jì)劃，按照特點(diǎn)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，以免出現(xiàn)法蘭構(gòu)件的質(zhì)量缺陷與其他問(wèn)題。綜上所述，通過(guò)重視設(shè)備構(gòu)成材料的選擇，重視壓力容器熱處理技術(shù)的應(yīng)用，重視對(duì)部件、材料誤差范圍的思考，重視對(duì)設(shè)備使用壽命的估算等一系列手段與措施，努力解決壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出能夠?yàn)槿藗兩a(chǎn)生活帶來(lái)便利，又能保障人們生命健康和財(cái)產(chǎn)安全的產(chǎn)品。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)重視設(shè)備構(gòu)成材料選擇、壓力容器熱處理技術(shù)、設(shè)備使用壽命及部件、材料誤差范圍控制，可以有效解決壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出保障生產(chǎn)正常運(yùn)行的設(shè)備，提高安全生產(chǎn)效率。