摘要:隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,壓力容器越來越廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活之中,因其承載介質(zhì)性質(zhì)的特殊性,對容器的質(zhì)量和安全均有較高要求。設(shè)計的優(yōu)劣是決定容器可用性的根本因素,因此以設(shè)計過程為研究對象,探討設(shè)計中出現(xiàn)的問題并給出解決措施對提高壓力容器質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。本文從現(xiàn)象入手,對壓力容器的特點與基本設(shè)計步驟進行論述,從設(shè)計過程與設(shè)計標準兩方面討論常見的問題并給出解決措施,進而對壓力容器設(shè)計的發(fā)展給出建議,以期為完善壓力容器設(shè)計體系、提高壓力容器質(zhì)量提供參考。
關(guān)鍵詞:設(shè)計;壓力容器;問題;措施
設(shè)計是生產(chǎn)壓力容器的第一步,是決定壓力容器質(zhì)量的根本環(huán)節(jié),在實際生產(chǎn)與使用中,許多問題都是因設(shè)計環(huán)節(jié)的失誤造成的,例如結(jié)構(gòu)不合理、考慮疏忽、未對后期制造給出明確指引等。因此完善設(shè)計體系是提高壓力容器質(zhì)量的關(guān)鍵。
1.壓力容器設(shè)計概述
壓力容器是特殊介質(zhì)反應(yīng)與加工的重要載體,其設(shè)計重點與難點均是為其本身的功能與特性服務(wù)的,對其特性與設(shè)計方法的充分了解是發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)。
1.1壓力容器特點
從概念出發(fā),壓力容器泛指能夠承受內(nèi)外壓力的密閉容器,具有結(jié)構(gòu)多樣、安全性高、強度性能好的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活當中,依據(jù)其性能優(yōu)勢多在反應(yīng)、處理、儲存等過程中應(yīng)用,對易燃、易爆、有毒、有害、高溫、高壓等特性物品的加工具有重要作用。基于以上特點,相應(yīng)的對壓力容器也有著設(shè)計嚴密、結(jié)構(gòu)合理、安全性高、可用性強的要求,國家也對其生產(chǎn)與使用制定了一系列相關(guān)標準和監(jiān)管辦法。
1.2壓力容器設(shè)計方法
由于壓力容器乘裝物品的特性,一旦出現(xiàn)事故將造成巨大的經(jīng)濟損失,并會對人們的生命財產(chǎn)安全造成威脅,因此對壓力容器的材料、結(jié)構(gòu)等均有較高的要求,在壓力容器的設(shè)計中需嚴格做到選擇合理、計算準確、流程精準、可實現(xiàn)的原則。
設(shè)計壓力容器的主要步驟為:一、獲取參數(shù)。針對壓力容器的用途與使用條件,獲取設(shè)計參數(shù),主要包括溫度、壓力、介質(zhì)特性等。二、分析。對各項指標進行有效整理和分析,把握設(shè)計標準。三、計算。對壓力容器進行受力分析,確定材料、容積、厚度等。四、部件設(shè)計。對接口、檢查孔、支座部件等進行設(shè)計。五、制造標準。針對容器的特性,對制造的環(huán)境與操作給出明確說明和指引。六、使用標準。結(jié)合容器的材料與使用條件,對使用范圍與使用時間等給出說明。
2.壓力容器設(shè)計中的主要問題與措施
嚴謹、合理的設(shè)計是容器質(zhì)量的重要保障,也是其投入使用并產(chǎn)生效益的基礎(chǔ)。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對壓力容器的要求也日益增高。
2.1設(shè)計中易忽略的問題
在壓力容器設(shè)計過程中常產(chǎn)生一些問題,對這些問題的忽略造成容器質(zhì)量問題并形成的安全隱患。
第一,材料問題。壓力容器使用條件復(fù)雜、苛刻,因此在設(shè)計過程中需著重關(guān)注設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)特性等相關(guān)條件信息,從而選擇合適的材料。容器材料對容器承受能力具有重要影響,也是關(guān)系到容器質(zhì)量的最關(guān)鍵因素,材料選擇方面一方面需確定材料類型,另一方面需結(jié)合材料性能,例如焊接性能、冷熱加工性能、熱處理等確定材料厚度與加工方式。此外在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上,選擇最優(yōu)經(jīng)濟方案。
第二,容器變形問題 。壓力容器加工和使用的環(huán)境受溫度與壓力影響大,由于設(shè)計疏忽,未考慮容器材料回彈性與收縮性,易導(dǎo)致容器變形,此外在安裝中也易出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象。對此,一方面要在考慮充分、精準計算并嚴格按照技術(shù)標準操作,另一方面需在設(shè)計中考慮組裝定位與支撐工具,并根據(jù)材料厚度與容器直徑等因素給出組裝要求。
2.2設(shè)計標準問題
針對壓力容器已出臺針對性標準與法規(guī),在執(zhí)行標準過程中常出現(xiàn)不明確的問題,本章節(jié)即針對其中共性問題進行探討。
第一,使用壽命問題。隨著使用,壓力容器性能將逐漸減弱,因此使用時限是對容器安全使用的指引。但在實際設(shè)計中,由于技術(shù)條件、管理體制等因素,設(shè)計人員對使用壽命通常沒有給出明確預(yù)報,此外相關(guān)法律法規(guī)也未對此作出明確限制,因此造成安全隱患。
第二,關(guān)于壓力試驗免除。壓力試驗是對壓力容器質(zhì)量進行檢驗的重要環(huán)節(jié),考慮實際操作問題,針對類似現(xiàn)場組焊的大型壓力容器,規(guī)定中給出了壓力試驗免除的相關(guān)說明,但由于理解不同,不少人對壓力試驗免除的使用范圍有所偏差,造成容器缺少檢驗環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。此外,對于符合試驗免除要求的容器,也應(yīng)采取額外措施進行檢驗。
另外,對于低溫壓力容器界限、最大容許工作壓力等標準也存在相關(guān)問題。對于標準與法規(guī)的理解難免出現(xiàn)人與人間的差異,但在執(zhí)行的過程中最關(guān)鍵的在于遵守質(zhì)量為先、安全為先的原則。
3.策略與建議
壓力容器的發(fā)展與使用歷經(jīng)幾十年,其中不乏寶貴經(jīng)驗。同時,壓力容器尤其是容器的設(shè)計更應(yīng)與時俱進,將實際需求與最新技術(shù)結(jié)合,形成先進的設(shè)計體系。
3.1遵守設(shè)計規(guī)范
壓力容器設(shè)計規(guī)范中已明確對設(shè)計流程、設(shè)計要求、設(shè)計結(jié)果要求給出了明確說明。在上述問題討論中可以看出,由于設(shè)計者理解偏差,在實際設(shè)計工作中時有不符合規(guī)范與標準的設(shè)計,造成產(chǎn)品不能投入使用或存在質(zhì)量隱患,因此設(shè)計者應(yīng)避免原則性問題,充分理解壓力容器相關(guān)法規(guī)、標準和規(guī)范,保證產(chǎn)品的安全可靠。
3.2提高設(shè)計人員水平
壓力容器的復(fù)雜與多樣性,不僅要求設(shè)計人員具有專業(yè)的分析與設(shè)計能力,還要求其具有充分的實踐經(jīng)驗,從而做到考慮充分、應(yīng)對及時,因此應(yīng)不斷提高設(shè)計人員的素質(zhì)與水平。首先,提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)機會,讓設(shè)計人員時刻了解和掌握最新技術(shù);第二,促進同行業(yè)間技術(shù)與經(jīng)驗交流,互相學(xué)習(xí)、提高水平。最后,在扎實的理論基礎(chǔ)上,積累實踐,并對經(jīng)驗與問題進行總結(jié)和交流,為建立健全設(shè)計體系提供基礎(chǔ)和依據(jù)。
4.結(jié)語
壓力容器的使用要求導(dǎo)致其性質(zhì)的復(fù)雜與多樣,本文從現(xiàn)象入手,討論設(shè)計中存在的代表性問題并給出解決方法。然而,在實際設(shè)計工作中,往往存在更多的特殊性與不可控因素,不可以偏概全,需設(shè)計人員更多的學(xué)習(xí)與積累以從根本上提高產(chǎn)品質(zhì)量,同時加強設(shè)計對制造的指引,更好的實現(xiàn)產(chǎn)品效果。
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作者簡介:盧麗霞(1986-),女,漢族,江西南昌人,南昌大學(xué)科技學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè)本科,從事壓力容器設(shè)計工作。