浅谈压力容器设计注意的几个问题

张同胜 李 霄 单伯超

山东联盟特种装备有限公司

浅谈压力容器设计注意的几个问题

张同胜 李 霄 单伯超

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在科学技术突飞猛进的现代社会，技术人员越来越注意到压力容器设计过程的重要性。压力容器在目前的运输和存储等方面应用十分广泛，如何改进压力容器的设计水平也始终是研究者所关注的重点问题。设计压力容器时必须采用严格的技术要求，在颁布的新规定的指导下综合考虑影响压力容器使用的可靠性的因素，并解决压力容器出现的问题，从而使压力容器的具有优异的性能。鉴于此，本文主要分析压力容器设计注意的几个问题。

压力容器；设计；问题

1、概述

压力容器指的是用来盛装气体或者液体，并具有一定压力的密闭性容器设备。随着经济及科技的迅猛发展，压力容器的种类日渐增多，依据承压等级来划分，压力容器可以分为低压、中压、高压和超高压容器；依据盛装介质来划分，压力容器可以分为易燃有毒、非易燃无毒以及剧毒等；依据制造工艺来划分，压力容易可以分为换热容器、反应容器、贮运容器和分离容等类型。

2、压力容器设计中常见的几个问题

2.1 忽略压力容器常规的使用寿命

近年来，压力容器的使用年限逐步成为国家关注的焦点，应尽量避免因压力容器使用超限而造成安全问题出现。《固容规》有着非常明确的规定：在进行图纸设计的过程，设计单位必须对压力容器的设计使用年限予以重点标注。然而在实际操作过程中，大部分设计单位对这项规定并未严格执行，忽略了对压力容器使用年限的标注，同时部分使用者虽然注意了压力容器的设计使用年限，但在实际操作过程中凭借自身经验，对其使用年限进行任意延长。

2.2 设计人员错误估计了材料的变化

材料的使用是压力容器设计的关键环节。依据压力容器使用工况、制作工艺及实际需求，其制造材料也不尽相同。加上，受力情况不同、腐蚀程度不同对材料造成的影响也不同。因此，在实际操作过程中，压力容器的设计人员需要对这些影响因素进行综合考虑，一旦选用材料出现变化，那么其受力情况及其他指标也会相应地出现变化，需要重新计算。部分设计人员误认为增加材料厚度就会提升容器的承压能力，实际并非如此。材料厚度增加，壳体的受力就会从平面应力状态转变为平面应变状态，极易导致壳体变脆，甚至出现断裂危险。

2.3 设计过程中的热处理问题

多数情况下，钢板冷成型受压元件需要经过一定的热处理工艺。例如，所盛装的液体具有较强的毒性和腐蚀性时，合成钢在成型后会降低一定的厚度，要想成型变形率达到相关指标的要求，就必须采用热处理工艺，确保材料原本性能的恢复。然而在实际操作过程中，设计人员通常会对容器壁和封头的热处理进行重点关注，却忽略了接管处的热处理，导致材料变形的情况出现，无法达到相关标准要求。

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。

总之，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。

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[2]李鸿雁.浅谈压力容器设计应注意的问题[J].黑龙江科技信息，2015，(19)：68.

[3]张明慧，康健，周燕华.浅谈压力容器设计应注意的几个问题[J].氮肥技术，2013，(05)：6-8.