壓力容器設(shè)計問題的探討

鞏春坤

【摘 要】本文主要通過筆者多年來的設(shè)計實踐，探討了壓力容器設(shè)計中的若干重要參數(shù)的取之，同時制定了壓力容器設(shè)計質(zhì)量保證體系。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；設(shè)計參數(shù)；質(zhì)量管理

隨著我國市場的開放和商品流通領(lǐng)域的日益擴大生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量的競爭更為激烈。這對產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量提出了更高的要求，使過去的一些傳統(tǒng)的管理方法和措施已不適用，急待充實、完善、更新。在設(shè)計壓力容器過程中，我們經(jīng)常會遇到這樣的問題：一個重要的設(shè)計參數(shù)，在不同的設(shè)計規(guī)定中有不同的解釋。如果參數(shù)選擇正確，對節(jié)約材料，減少加工制造困難，降低成本，確保安全都具有重要意義。

1.若干重要技術(shù)參數(shù)的確定

1.1腐蝕裕度

容器壁厚的腐蝕裕度，嚴格的說是由材料的腐蝕速度和及設(shè)備的使用壽命決定的。但對于多數(shù)工藝過程，都難以給出材料確切的腐蝕速度，而是由設(shè)備設(shè)計人員籠統(tǒng)的給出腐蝕裕量，這樣對設(shè)備的成本及安全都有根大誤差。建議工藝參照標準確定準確的腐蝕速度，對于接管的腐蝕裕度，目前對取值的大小尚有爭議，有的以揮器殼體的腐蝕裕度做為接管的腐蝕裕度，有的取容器殼體的1/2做為接管的腐蝕裕度，若以前者碲定接管的腐蝕褡度，則對于薄壁接管的開孔補強明顯不夠。因此對于接管的腐蝕裕度，建議立與筒體的腐蝕裕度相同，對于小直徑或簿壁接管，則應(yīng)采取適當?shù)难a強措施，如厚壁管等。

1.2焊接結(jié)構(gòu)

在《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中，對于焊接坡口型式的修改屬于制造工藝問題敘述不夠準確。坡口的型式直接影響了焊接質(zhì)量及經(jīng)濟效益，如果坡口型式選擇正確，不僅焊接質(zhì)量可靠，而且可提高焊接效率，降低焊接莊力，減小焊接變形，增強抗裂性。因此建議，當被焊件厚度較小時，可用I型v型坡口形成的接頭；當厚度較大時，可用X型接頭；厚度大于60tnnl時，用U型坡口較理想，能實現(xiàn)現(xiàn)雙面焊，則雙u型坡口更理想。接管與殼體的焊縫是容器所有焊縫中最難控制，也是最易產(chǎn)生問題的地方。而目前圖紙上對接管與容器蓮接焊縫的使此類焊縫質(zhì)量不易保證。一些設(shè)計人員往往只注意焊條，焊絲的強度不能夠保證，這是導致接頭質(zhì)量幣佳的重要原因。我認為還莊特別注意提高坡口尺寸的精碲度，應(yīng)將坡口表面的油污、臟物、碳弧氣刨產(chǎn)生的氧化皮滲碳層及淬硬層清除。

1.3膨脹節(jié)的設(shè)置

在固定式換熱器中設(shè)置的膨脹節(jié)，是軸向自由伸縮的彈性補償元件，能夠明顯的降低由于換熱管和殼程圓筒間熱膨脹差所引起起的管板應(yīng)力，圓筒和換熱管的軸向應(yīng)力以及換熱管的拉脫力。在以往的設(shè)計中，我們常常通過簡單粗略的計算求得圓筒及換熱管的軸向應(yīng)力是否超過某一規(guī)定值來判斷是否設(shè)置膨脹節(jié)，其實這是不舍理的，選種計算是把管板當成是絕對剛性的，管束中的每報管不都處在同樣的拉壓狀態(tài)，這顯然與管板、管束的實際受力情況相差甚遠。

2.壓力容器設(shè)計中的質(zhì)量管理

下面僅就本人多年來從事壓力容器設(shè)計和壓力容器設(shè)計技術(shù)管理工作，論述壓力容器設(shè)計必須重視的問題和壓力容器設(shè)計質(zhì)量管理體系。

2.1遵守保證容器安全運行的基本環(huán)節(jié)

在國內(nèi)外，由于設(shè)計不當而發(fā)生破壞事故是屢見不鮮的美國某公司，由于設(shè)計方面的原因而導致的事故，占事故總數(shù)的18.3。國內(nèi)，由于設(shè)計不當，或者沒經(jīng)過認真的設(shè)計計算而造成容器在運行中發(fā)生事故也是比較多的?？梢?，壓力容器的設(shè)計在保證其安全運行方面的重大作用我認為對其有直接影響的主要有以下三方面：a容器是否具有必要的壁厚。所謂必要的壁厚就是根據(jù)《規(guī)定》進行準確的強度計算，并考慮了各種因素影響而確定的厚度。然而，有的人誤認為壁厚越厚越安全。b制造容器所用材料是否合適。如選材不當，即使具有足夠的壁厚，也可能在生產(chǎn)操作的條件下，或是由于材料韌性的降低而發(fā)生臆性斷裂，或是由于工作介質(zhì)對材料產(chǎn)生腐蝕而導致腐蝕破裂等等。c壓力容器的結(jié)構(gòu)是否臺理。結(jié)構(gòu)不良的容器，往往日產(chǎn)生過高的局部應(yīng)力而在反復加壓和卸壓過程中導致破壞。因此，在容器結(jié)構(gòu)的選擇方面，力求在滿足生產(chǎn)要求的前提下結(jié)構(gòu)簡單，嚴防《規(guī)程》所禁止的結(jié)構(gòu)型式出現(xiàn)在設(shè)計圖樣上。

2.2設(shè)計質(zhì)量評定等級不應(yīng)由圖紙的審核或?qū)彾ㄈ嗽u議

“壓力容器的設(shè)計臂理制度”規(guī)定了各級設(shè)計人員教木崗位責任制。其中規(guī)定壓力容器的設(shè)計方案設(shè)計原則及主要技術(shù)問題，由校審人員會同設(shè)計人員共同研究制定。所以按照現(xiàn)在的設(shè)計程序一般是設(shè)計人接到工藝專業(yè)提供的設(shè)備（包括壓力容器）設(shè)計條件表后.韌審工藝條件，與校審、審定人員共同研究設(shè)備材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計等主要的技術(shù)問題方案～經(jīng)確罡，設(shè)計人開始繪罔，完畢后進交校審人員拉審。設(shè)計人員針對提出的聞題修改圖紙，最終由審核、審定人評定作品的“優(yōu)”、“良”、“可”、“扶”。實際表明，這種方法是不可行的。園為校審幾已經(jīng)直接參與作品舶研制，并且在設(shè)計過程遇到難題時也一起商討過，所以作品是幾個人共同完戚的。這樣再由審接人或?qū)彾ㄈ嗽u定圖紙的質(zhì)量。也就難以發(fā)現(xiàn)原則性的錯誤了，無非是圖面質(zhì)量上的一些細節(jié)問題。由此可見，參與該設(shè)計作品的校審人員不應(yīng)參加該作品的質(zhì)量評定，應(yīng)由與作品無關(guān)舶有資格的技術(shù)員評審。

綜上所述，對于壓力容器舶質(zhì)量砰定制度有必要進行重新整理，重新修訂。進一步提高壓力容器酌設(shè)計質(zhì)量和各級人員的設(shè)計水乎，掌握更先進舶設(shè)計手段和設(shè)計技能，生產(chǎn)一流產(chǎn)，占領(lǐng)國內(nèi)外市場。

2.3質(zhì)量評定卡難以真實、全面反映最終的設(shè)計質(zhì)量

質(zhì)量評定卡是對設(shè)計人員作品質(zhì)量的一種等級評定。同時也是怍為設(shè)計人員業(yè)務(wù)技術(shù)考接。統(tǒng)計工作量的重要依據(jù)，但當參與設(shè)計的校審人員在校審巾發(fā)現(xiàn)了較大的技術(shù)錯誤，從而設(shè)計作品被評為屬于不舍格產(chǎn)品時就不能用于生產(chǎn)，必須進行修改，而修改的圖紙錯消除后，其存檔的質(zhì)量評定卡反映出的仍是未消除錯謾前設(shè)計人員的作品質(zhì)量，而非經(jīng)修改后用于制造、生產(chǎn)，戔到用戶手巾的，經(jīng)過校審、修改、專業(yè)告鑒后的最蝰的作品質(zhì)量。在這種情況下質(zhì)量評定卡不能反映圖紙的真實情況，也難較準確地評定本單位的最終設(shè)計質(zhì)量，同時也給圖紙的管理和質(zhì)量管理帶來一定的混亂，故對質(zhì)量評定卡有必要進行重新制訂。

2.4壓力容器設(shè)計必須重視的幾個問題

（1）首先必須了解壓力容器在生產(chǎn)操作方面的工藝條件和技術(shù)要求，這是進行壓力容器設(shè)計的主要依據(jù)。特別是對所處理物料的性質(zhì)，一定要弄清，在沒有把握或缺乏使用經(jīng)驗時，必須進行模擬試驗。對那些經(jīng)反應(yīng)易引起爆炸、燃燒的物料要嚴加注意，采取必要的安全措旌。

（2）熟悉對壓力容器所用材料性能的基本要求，以及不同材料的使用范圍。根據(jù)壓力容器生產(chǎn)工藝要求、壓力、溫度和介質(zhì)腐蝕情況等正確選用材料。

（3）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是防止容器焊制和生產(chǎn)操作中產(chǎn)生破裂的重要環(huán)節(jié)，不能忽視。

（4）在正確地選用材料和合理結(jié)構(gòu)的前提下，進行準確的強度計算是保證壓力容器安全運行的可靠基礎(chǔ)。壓力容器的計算，必須采用經(jīng)全國壓力容器標準化技術(shù)委員會審定的《壓力容器計算程序軟件包》。

總之，在設(shè)計壓力容器時，都應(yīng)該參照有關(guān)的國家規(guī)范和標準的最新版本。設(shè)計得正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗等環(huán)節(jié)的難易程度，影響到壓力容器產(chǎn)品的制造成本和運轉(zhuǎn)費用，而且直接關(guān)系到產(chǎn)品運行的可靠性。

【參考文獻】

[1]劉宏東.對壓力容器設(shè)計過程中幾個重要參數(shù)的探討[J].機械設(shè)計與制造，1998（10）.

[2]喬敬玲.淺談壓力容器設(shè)計中的質(zhì)量管理[J].百業(yè)科技，2005（2）.