压力容器设计中的常见问题及对策

摘要：压力容器作为工业生产中至关重要的装置，其在各工业领域中的地位也越来越重要。但是压力容器的危险性较大，其直接影响着工业企业的经济财产安全，因此加强对压力容器设计的研究具有积极的现实意义。文章对压力容器设计中存在的问题进行了分析，并在此基础上提出了相应的解决策略。

关键词：压力容器；无损检测；容器设计；使用年限设计；容器材料选择；气密性试验设计 文献标识码：A

中图分类号：TQ052 文章编号：1009-2374（2015）35-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.031

所谓压力容器，就是指用来盛装液体或气体，并能承载一定压力的密闭性设备。就目前来说，随着社会的不断发展，压力容器的种类也愈来愈多。从压力容器的承压等级来说，压力容器可以分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器；按盛装介质来说，可以分为易燃有毒、非易燃无毒、剧毒等；按加工工艺的不同，可以分为反应容器、换热容器、分离容器以及贮运容器。近年来，为了加强对压力容器的安全监管，我国相关部门出台了相关的法令法规，如《压力容器安全监察规程》等，对压力容器设计、制造、检验项目等进行了规定。但就目前来说，我国很多行业所使用的压力容器或多或少出现了一定的问题，造成了一定的负面影响。究其原因是，压力容器的设计工作不到位。下面，笔者将就压力容器设计的相关问题进行深入探讨。

1 压力容器设计中的常见问题

1.1 使用年限设计中存在的问题

合理的使用年限设计，将会对压力容器价值的发挥产生十分重要的影响，同时，这也有利于维护使用者的生命健康安全。但就实际情况来看，很多压力容器的使用年限设计不合理。比如，在使用压力容器过程中没有考虑应力腐蚀因素，将压力容器的使用年限设定为一种理想化的状态。这样一来，很多压力容器的使用年限就会超过限定年限，导致其在使用过程中存在较多的安全隐患。一旦操作不当，压力容器就会发生爆炸等，对使用人员造成严重的威胁。

1.2 压力容器材料选择中存在的问题

工业机械产品的材料是制约产品性能的关键性因素，材料的不同使得各个产品的属性也有所不同，原材料的质量不达标，将会严重影响成品的性能。对于压力容器亦是如此，材料的问题是压力容器设计过程中的关键问题。压力容器的使用环境较为恶劣，很容易受到腐蚀等作用。因此，在设计压力容器之前都会事先选择好施工材料。但是，由于生产过程中各种要素的变化，原有材料也要发生相应地改变，例如压力容器生产制造商的变化、客户需求的变化等。而很多生产单位并没有注意到这些因素，在发生条件变更时仍然选用原有的材料，导致容器容易出现问题。如用户要求将材料加厚，这时设计人员往往容易忽略容器材料加厚也可能造成脆性断裂的风险，而不重新考虑。

1.3 压力容器气密性试验设计中存在的问题

工业化进程的不断推进，使得压力容器在我国能源、石油、军工、化工等领域等到了广泛的应用，同时对其设计质量要求也在不断提升。压力容器最为显著的特征就是其介质的危害性，因此气密性试验设计是至关重要的一步。所谓气密性试验，就是指通过某种试验操作来进一步检验压力容器的各个联结部位是否存在泄漏现象。一般来说，那些装有毒性较高、危害性较大介质的压力容器在使用之前，必须进行气密性测试。但是由于很多操作人员并没有十分重视气密性试验过程或者其专业素质较低，无法胜任试验工作，导致试验结果不准确。一旦气密性不合格的压力容器被投入使用，就可能会导致介质泄露，造成严重的危害。

1.4 焊接接头无损检测过程中存在的问题

一般来说，焊接接头无损检验分为内部检验和外部检验两部分。外部检验指的是，相关人员通过目测或者量具等进行测量检验；内部检验指的是射线检验、磁粉检验、超声波检验、涡流检验、红外检验等。进行焊接接头无损检测的目的，就是保证所有的接头接触良好，从而保证压力容器能正常工作。所有的焊接结构都必须进行检测，但实际上，很多工作人员忽视了焊接接头无损检验的重要性，在工作过程中马马虎虎，导致检测过程中不严格，很多问题不能被及时发现，影响了压力容器的后续使用。例如，焊接结构的球形接口与圆筒在进行环向连接时，由于圆筒的经线半径球率发生变化，导致焊接设计结构出现问题。正如上面所提到的，压力容器的设计工作十分重要。针对当前压力容器设计中存在的各类问题，相关人员必须深入分析问题出现的原因，并采取合理的解决措施。

2 压力容器设计中的常见问题及解决对策

压力容器的设计工作是一个较为复杂的过程，需要多方面的努力与配合。下面，笔者将针对压力容器设计中存在的问题，提出相应的解决策略，以期对未来压力容器的设计工作有所帮助。

2.1 使用年限设计的防范策略

针对压力容器的设计使用年限问题，设计人员一定要按照要求进行多方面的思考，要严格按照新版《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0004-2009）的要求来进行。这是设计者需要遵守的最基本的原则，即每张设计图纸中必须明确写出压力容器的设计使用年限。要想合理设计压力容器的使用年限，相关人员必须充分考虑压力容器使用的实际环境、提高压力容器的可靠性等，尽量减少各种安全隐患；要根据其使用材料，测算压力容器的耐腐蚀性能力、内外部压力差等，以便测算出压力容器的腐蚀性承受度，从而对其使用年限进行更合理的测算。当然，为了使压力容器使用年限更为可靠，工作人员应该模拟最恶劣使用环境，测算压力容器的使用寿命。除此之外，设计者还要将使用者可能会出现的不当操作考虑在其中，在设计图纸的相应位置设置安全提醒，并改善压力容器的使用条件，对压力容器的承力部件及壁厚参数等进行测量，制定合理的使用年限。

2.2 设计材料变更的防范策略

在选择材料的过程中，工作人员要十分注意材料的来源、力学特性以及材料的特性是否满足压力容器的使用条件、耐腐蚀性要求等。在用户对压力容器提出变更要求时，设计人员不能单方面考虑材料减少所带来的安全隐患，还要全面考虑到材料的增加也可能出现安全风险。例如，用户要求容器变薄，设计人员必须重新对容器的受力情况进行分析，从而得出容器可以承受的最大减薄程度；又如，用户要求容器变厚时，设计人员要注意容器变厚后各个方向的拉应力，防止平面应变及脆性干裂现象的出现。总之，在压力容器的设计过程中，工作人员必须重视材料的变更，采取积极的应对策略。

2.3 气密性试验中存在问题的防范策略

为了防止毒性介质的泄露，压力容器的工作人员必须做好气密性试验。首先，在试验之前应该进行液压试验，充分保证其液压合格。其次，气密性试验的过程中，要保证所有的安全附件安装齐全，保证试验过程安全可靠。再次，要合理选择气密性试验所使用的气体，最好选择干燥、清洁的空气或者氮气等反应较慢的惰性气体。另外，在试验过程中，要保证压力缓慢上升，切忌将压力迅速升到所需压力位。达到规定的压力位之后，应该保持该压力10分钟左右，再将压力下降至设计好的压力位。随后，要对压力容器所有的焊缝或者连接部位涂肥皂水进行全面检查。如果整个压力容器都没有泄露现象，则可判定该容器合格；如果有部分泄露，则应该对压力容器进行修补，之后重新进行气密性试验。对于采用碳素钢或者低合金钢制成的压力容器，要严格控制试验的温度，保证温度至少为5℃。

2.4 焊接接头无损检测相关问题的防范策略

尽管当前用于焊接接头无损检验的方法有很多种，但在实际应用过程中，工作人员必须合理选择检验方法。一般来说，射线检测对气孔以及夹渣等体积性的缺陷更为敏感，而对面状缺陷的检测不够准确。因此，在对压力容器内部的缺陷进行无损检验时，必须结合实际情况来慎重考虑。同时，在采用不同的检测方法对同一位置进行检验时，工作人员必须注意选择不同的标准，切忌用同一标准对待不同的检测方法。在对压力容器无损检验完成之后，相关人员还要对重点部位进行抽检，确保检测结果合理准确。随着科学技术的不断进步，相关人员必须做好科研工作，进一步提高无损检测技术，充分利用物理技术的最新成果，提高无损检测技术的定位准确性；要加强无损检测的自动化技术，提高自动化水平及检测效率等。

3 结语

近年来，随着社会的发展，压力容器愈来愈普遍应用于工业生产的各行各业中。压力容器具有特殊性，稍有不慎，就可能会造成爆炸等危险性事故，给人们的生命安全造成严重威胁。因此，国家相关部门及企业必须重视压力容器的设计工作，提高容器的质量及性能。同时，在长期的实践过程中，相关工作人员必须不断总结压力容器设计中存在的各种问题，并充分学习和借鉴其他单位的积极经验，以完善压力容器的设计工作。相信未来，在各方的共同努力之下，我国压力容器的质量一定会大有提高。

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作者简介：高广（1966-），男，吉林吉林人，供职于吉林市特种设备检验中心，研究方向：安全工程。

（责任编辑：陈 洁）