有关压力容器设计主要问题与防范分析

时间：2024-05-17

邓家凯

（龙杰机械装备（太仓）有限公司，江苏太仓 215434）

有关压力容器设计主要问题与防范分析

邓家凯

（龙杰机械装备（太仓）有限公司，江苏太仓 215434）

在压力容器的设计过程中，压力容器的制造成本以及压力容器在进行生产时的安全特性受到容器的设计合理性状况的影响。本文主要叙述了有关压力容器的设计时出现的主要的问题，并对问题进行分析并提出对应的策略。

压力容器；设计；主要问题；防范分析

压力容器在许多的企业和工业得到广泛的运用，尤其是与石油或者化工相关的企业，因此，压力容器在工业中具有极其重要的位置。由于我国在压力容器方面的技术还不够成熟，设计压力容器时会发生不少的问题。从容器的设计到制造再到调试安装，各个步骤都必须符合可靠性要求。压力容器的设计人员要有扎实的相关知识，可以很好地把握压力容器在设计中出现的问题，并防止问题的产生。

1.压力容器的介绍及设计要求

压力容器是一种可以承受压力的密封的装置，其有储存气体、液体的功能。就现在而言，压力容器的类别伴随着社会的逐渐进步也变得越来越多。压力容器按照不同的分类标准可以分为不同的压力容器，如果按照压力容器的所能够承受的压力的大小来划分，压力容器分为以下几个类型：超高压、高压、中压与低压容器；如果按照压力容器的所能够存储的物质来划分，压力容器分为以下几个类型：无毒容器、有毒容器、剧毒容器等等；如果按照压力容器的加工工艺来划分，压力容器分为以下几个类型：热交换、分离、贮运以及反应容器。由于采用不恰当的方法设计压力容器，各行各业的压力容器在使用中暴露出各种各样的问题，产生了消极的影响。

当设计压力容器时，设计人员第一步要做的就是确定容器的设计参数（客户的要求），其次，分析压力容器的结构以及制造材料的确定。与此同时，设计压力容器并且绘制图纸。在压力容器普遍使用的情况下，设计容器应该考虑到安全性因数。因此，设计和生产的过程非常烦琐，只有在满足容器质量的基础上，才能很好地发挥其功能与安全性能。设计压力容器时应该符合以下的条件：

（1）满足压力容器的安全使用要求

通常条件下，压力容器盛装的物质具有一定程度的毒性、腐蚀性，更有甚者会引发爆炸，产生十分巨大的破坏，因此，设计的压力容器一定要满足安全性的要求。

（2）满足压力容器的使用寿命要求

压力容器由于受到内部盛装的物质的腐蚀以及外部环境的腐蚀会不断老化。为了防止容器盛装的物质的泄漏以及提高它的使用价值，容器设计人员可以运用一定的方法增大安全系数，使压力容器能够满足使用寿命的要求。

（3）满足压力容器的工艺性要求

一般情况下，压力容器在工艺生产、压力温度方面必须遵循一定的标准（如容器的壁厚、直径等）。

尤其是石油与化工行业一定要符合以上的几个条件。

2.研究压力容器在设计中存在的常见问题

2.1压力容器设计材料改变及使用年限问题

工业产品的性能很大程度上受到机械产品的材料的影响，不同的属性的产品对应不同的材料。质量不佳的原材料将导致成品的各方面的综合性能指标严重下降。同理，压力容器也是这样的，材料是压力容器设计时的主要因素。压力容器一般在非常恶劣的条件下使用，所以，其极易被其他的物质腐蚀等影响。施工的材料必须要在压力容器的设计之前确定好。当各种各样的因素在生产过程中产生不同情况的改变时，因此，也会使原有材料产生一定的变化（例如顾客要求的改变、生产压力容器的制造商的改变等）。但是这些因素不能够引起大多数的企业的高度重视，在条件发生变化时，一直遵循原有的材料选择标准采用以前的材料，进而使容器产生许多的问题。材料在顾客的要求下增加其厚度时，相关的设计人员常常会忽视压力容器材料变厚后会导致脆性断裂的可能性，却不再次进行考虑。

每一种用于生产的设备都具有一定范围的使用期限，其不管是减少还是延长压力容器的使用寿命的期限，这两种方法都会造成企业的没有必要的经济上的损失。压力容器的使用时间的范围期限由文件《固定式压力容器安全技术监察规程》具体地规定，其规定的内容是：当在对压力容器进行设计和生产的时候，相关的企业必须在压力容器的设计图纸上标明该容器的估计的生产工作的使用的期限的范围。然而，对疲劳使用的器具来说，应该标注好循环使用的次数信息。压力容器设计人员在以前的一段时间常常忽视这样的做法，不合理地对压力容器的使用的寿命的期限范围进行考虑。设计人员根据对压力容器的设计过程的了解或者用普通的方法对使用的寿命期限范围进行预测，前者是根据惯例的原则。由于没有考虑到某些影响到压力容器使用寿命的因素，则估计出的使用寿命期限会比实际情况变少或者延长。如：压力容器的质量会因为设计方案的不同而不同，在材料相同的条件下，由规定的标准生产的压力容器会更加耐用；在制造压力容器的材料性能更加优异的情况下，压力容器的使用寿命期限会变得更长。

2.2压力容器设计热处理及分气缸、储气罐设计问题

由钢板的热处理有关文件能够查找到：在普遍情况下，需要对钢板冷成型受压元件进行热处理。例如，当压力容器盛装毒性非常强和腐蚀性也非常强的液体时，合成钢的厚度在成型过后会减少，假如想要使成型变形率满足相应的要求，必须进行热处理工序使材料的原来的性能得以恢复。容器壁以及封头的热处理会引起压力容器的设计人员的注意，然而，在大多数的接管处的设计过程中，相应的热处理却被忽视，进而使材料发生形变，不满足有关的规定的标准。

3.对压力容器在设计中存在的问题的防范措施

3.1针对使用年限问题的防范措施

就这个问题而言，设计人员在实际设计压力容器的过程中，理解并掌握与压力容器的设计有关联的设计技术标准，加大力度研究压力容器的使用寿命问题，采用高科技方法以及先进的技术，观察影响压力容器使用年限的主要因素，进而既科学又准确地估计出压力容器的使用年限，防止估计的使用寿命变短或者变长，增加工厂的经济收益，达到真正的安全性生产。

以下几个方面是具体地估计压力容器的使用年限的步骤，第一步就是弄清楚压力容器的腐蚀状况，如果压力容器受到严重的腐蚀，则使用时间会极大地变短，腐蚀速度的快慢程度是材料的均匀腐蚀性能的指标。设计人员在合理计算容器的使用寿命时，需要考虑到材料的腐蚀速率。为了能够更加精确以及科学地预计出容器的最大极限腐蚀裕量等数据，必须考虑到受到的外力的具体情况。

3.2针对材料变化的防范措施

在设计压力容器的过程中，不同阶段对应选择不同的材料，设计时需要注意比较薄的材料改为厚的材料，这样造成厚度不同的钢板相互之间连接的结构不相同。其中，要特别注意加厚的封头与壳体部分之间的相互连接，且加厚的封头必须要进行削边处理，除此之外，在筒体与管板的连接中，厚度急剧变化使得焊接接头的应力增加，这严重影响了焊接部分的质量。

由于钢板厚度影响着钢板的许用应力，所以，设计人员采用“以厚代薄”的办法对钢板进行替换，认为能够提高牢固性，事实上这样的想法是错误的。如果那样做会很难预测压力容器的应力，得到错误的估计的结果，误差比较大，质量非常容易出现问题。所以，为了获得准确性的预计结果，在压力容器的设计时要防止换板的现象的发生。

3.3针对压力容器设计热处理的防范措施

压力容器的设计过程中出现的常见的问题也包括热处理的问题，在对厚度是20mm以及直径是400mm左右的低合金钢的压力容器进行接管设计时，最好的是设计成无缝钢管。当设计者在设计过程中没有留意到热处理的问题时，压力容器的各个功能会受到影响，导致接管过程出现问题。

通常情况下，硬度较大或者厚度过大的钢板的塑性很差，厚度大但是直径比较小的筒体钢材进行冷却卷曲工作后，其具有很大的变形幅度，硬度会因此而发生很大程度的改变，原因是由于塑性的急剧降低和内应力的变大导致容器不能正常工作，更有甚者产生少许的裂痕，压力容器的安全性受到极大的挑战。因此，就厚度很特别的钢板，为了使钢板的塑性、强度以及硬度得到提高，退火工艺必须在冷成型过后进行。