壓力容器設(shè)計(jì)中常見問題探討

劉學(xué)華（大連萬陽重工有限公司，遼寧 大連 116318）

壓力容器是使用在傳統(tǒng)能源加工、新能源研發(fā)、醫(yī)藥等化學(xué)行業(yè)中的一種起到承受壓力的封閉設(shè)施，要求具備能夠經(jīng)受得住長期強(qiáng)真空和高溫高壓以及耐腐蝕的特性。由于壓力容器的重要作用和無法替代的特殊地位，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和投入生產(chǎn)時(shí)尤其要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，如若不然則會(huì)引起嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，給我國的行業(yè)安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。

1 壓力容器的常見問題設(shè)計(jì)

由于容器設(shè)計(jì)的重要性，往往我們非常重視它的設(shè)計(jì)階段，在我們對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)流程中，專業(yè)設(shè)計(jì)人員都會(huì)謹(jǐn)遵國際通用的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是有時(shí)會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中一些潛在的說明存在疏忽和遺漏的問題，這便導(dǎo)致了設(shè)備設(shè)計(jì)安全性無法保證，存在嚴(yán)重的錯(cuò)誤以致生產(chǎn)的隱患無法根除。以下列舉了設(shè)計(jì)階段頻繁存在的問題并對(duì)其提出來合理化建議：

1.1 儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)

儲(chǔ)氣罐是壓力容器的載體形式，在設(shè)計(jì)流程中必須要綜合考慮到其投入實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用。首先是材料的選用，用于工作環(huán)境的特殊性，要求能抵抗住高溫高壓以及強(qiáng)腐蝕的金屬。但是在實(shí)際觀察中得出的結(jié)論，選用趨近完美的金屬材料不一定會(huì)帶來生產(chǎn)的安全，還要綜合考慮到儲(chǔ)氣罐的各種參數(shù)值，例如它的體積，盡量把它設(shè)計(jì)在合理范圍之內(nèi)才能應(yīng)對(duì)特殊的工作環(huán)境。

1.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)

1.2.1 補(bǔ)強(qiáng)圈的補(bǔ)強(qiáng)性能。補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)部和外部直徑比率與容器的開孔直徑大小密切相關(guān)。當(dāng)壓力由小變大時(shí)，隨著開孔直徑的不斷變大，補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)部和外部直徑比率也在不斷變大中。但是當(dāng)開孔直徑超出了一定范圍時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑則相應(yīng)減少了，這時(shí)的容器表面也承受了巨大的壓力值，此時(shí)應(yīng)當(dāng)合理增加補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度來想方設(shè)法使補(bǔ)強(qiáng)金屬部分盡可能接近開孔位置。

1.2.2 換熱器內(nèi)部的補(bǔ)強(qiáng)。開孔補(bǔ)強(qiáng)是換熱器開孔中的一個(gè)極為重要的步驟，在其實(shí)施之前需提前計(jì)算測量，構(gòu)想補(bǔ)強(qiáng)圈等，這一系列操作都是為改善由于管箱和補(bǔ)強(qiáng)范圍不合適而造成的缺漏。也就是說，縱然我們添加了補(bǔ)強(qiáng)圈，也還是無法得到理想效果，在忽視比例構(gòu)圖的情況下是很容易造成這種局面的。

1.3 管殼程相關(guān)問題

在管殼程試壓的過程中，其壓力要求是正壓，且殼程試驗(yàn)壓力應(yīng)大于管程試驗(yàn)壓力，當(dāng)管程設(shè)計(jì)壓力大于殼程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，為達(dá)到對(duì)管子與管板連接接頭試驗(yàn)效果，需要考慮適當(dāng)提高殼程的耐壓試驗(yàn)壓力，并以最高試驗(yàn)壓力校核殼程各受壓元件強(qiáng)度，不滿足時(shí)增加壁厚，但同時(shí)要考慮增加壁厚時(shí)的經(jīng)濟(jì)性、合理性，但是個(gè)別部分的承壓狀況卻沒有得到足夠的重視。

1.3.1 管法蘭的承壓能力。在對(duì)試驗(yàn)殼程水壓進(jìn)行壓力提高后，就無法繼續(xù)按照通常情況進(jìn)行處理，所以，也就不可以選擇殼程管法蘭應(yīng)有的承壓等級(jí)，這就使得操作產(chǎn)生一定的困難，帶有一定的危險(xiǎn)。所以，也就有了試驗(yàn)水壓比正常溫度下的壓力小1.5倍的說法。

1.3.2 管板應(yīng)具備的強(qiáng)度。在試驗(yàn)殼程壓力和試驗(yàn)管程壓力一樣的情況下，我們要對(duì)管板實(shí)施校核，這是為了保護(hù)工作人員的人身安全。在校核中，在溫度不變的前提下，把設(shè)計(jì)管程壓力調(diào)為零，并將其作為殼程壓力，最大就可以按照不帶法蘭的固定管板進(jìn)行計(jì)算。

1.3.3 或按HG/T20584《鋼制化工容器制造技術(shù)條件》的附錄A、附錄B、附錄C試驗(yàn)方法對(duì)殼程進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。

1.4 接頭處連接的設(shè)計(jì)

圓筒經(jīng)線的半徑曲率和球形封頭、圓筒連接的環(huán)向接頭的分布是相關(guān)聯(lián)的，若其發(fā)生變換，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)等也會(huì)發(fā)生改變。有規(guī)定依照接頭的不同而分為兩種：A類為縱向承受力，B類為軸向承受力，A類的承受力是B類的兩倍之多。對(duì)于球形封頭和圓筒連接的環(huán)向接頭，可以將其半徑進(jìn)行縮短，縮小封頭球形在幾何上的面積，亦或者是通過堆焊的方式將其厚度提高。這種方法下可以使該物體擁有更加良好的受力，但是不足就是使得制作成本上升，因?yàn)闊o折邊曲度的深度加大了，所以在這種方法實(shí)施前，要仔細(xì)的考量一下優(yōu)缺點(diǎn)，權(quán)衡之后再進(jìn)行操作。

1.5 分氣缸的問題

設(shè)計(jì)分氣缸的問題時(shí)，要對(duì)其進(jìn)、出氣口給予足夠的重視，是十分重要的，因?yàn)樵谶@項(xiàng)操作中，這個(gè)問題是比較容易被人忽略的。因?yàn)檫@樣，所以在對(duì)分氣缸的設(shè)計(jì)中就要依據(jù)每一個(gè)詳細(xì)的施工參數(shù)對(duì)進(jìn)、出氣口的距離進(jìn)行不斷的調(diào)整，以確保最終得到一個(gè)最合理的距離。除此之外，掌握好環(huán)焊縫和分氣缸開口之間的長度也尤為重要，在施工中工作人員應(yīng)注意躲避焊縫的地方開孔，而且還要保證足夠的安全距離，使得局部應(yīng)力不受影響，從而達(dá)到機(jī)器正常運(yùn)作，企業(yè)正常生產(chǎn)，工作人員安全工作。在進(jìn)行分氣缸支架的架構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體安排進(jìn)行合理調(diào)整，依據(jù)數(shù)字說話，不能妄下結(jié)論，最大限度上保證其安全性。

2 結(jié)語

在對(duì)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要對(duì)該容器的承壓性、耐溫性、抗腐蝕性和安全性能等方面給予足夠的重視，這就要求我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要遵循科學(xué)。文章指明壓力容器的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常被工作人員忽視的相關(guān)問題，以期提高該容器的安全性和穩(wěn)定性，最大程度上減少人為可控制的安全事故的出現(xiàn)，避免在人身、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)方面造成不必要的損失。

[1]柏文廣.劉宜國;淺析壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法[J].化學(xué)工程與裝備，2009年11期.

[2]劉有艷，周昌玉.壓力容器接管部位的可靠性設(shè)計(jì)研究[J];壓力容器;2011年01期.

[3]GB151-1999管殼式換熱器.

[4]GB150.1-150.4-2011壓力容器.