壓力容器制造中的變形問題處理策略

陳梁　廖建明

摘 要：壓力容器是一種承壓儲存設(shè)備，在石油、化工、醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)廣泛。由于壓力容器使用工況的特殊性，其通常是處在高溫、高壓、易腐蝕的狀態(tài)中，因此壓力容器的可靠性必須要有實質(zhì)性的質(zhì)量保障。鑒于壓力容器在工業(yè)領(lǐng)域的重要性和工作環(huán)境的特殊性，壓力容器的制造就顯得更加重要。變形問題是壓力容器制造中經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一，壓力容器在制造過程中的變形不僅會阻礙制造業(yè)的技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)，也影響了壓力容器在實際工作中的安全可靠性。文章以壓力容器制造業(yè)的制作流程和壓力容器的理論知識為切入點，分析討論了壓力容器制造過程中容器變形的因素和處理策略。

關(guān)鍵詞：壓力；容器制造；變形問題

壓力容器的質(zhì)量安全可靠是容器自身價值和運用的基礎(chǔ)。如果由于制造技術(shù)誤差等客觀人為因素的影響使壓力容器在調(diào)試或工作中出現(xiàn)容器變形問題，其所造成的后果將是不可估量的，壓力容器在極端高溫高壓、易腐蝕條件下出現(xiàn)變形的質(zhì)量問題將直接性的危機社會經(jīng)濟和人身財產(chǎn)安全。壓力制造業(yè)必須提高對壓力容器的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量檢視，從根本上提高制造人員的技術(shù)素養(yǎng)和專業(yè)理論，在生產(chǎn)上規(guī)范制作工藝流程、嚴格控制質(zhì)量把關(guān)，盡可能降低甚至杜絕壓力容器本身變形問題的安全隱患，進一步提高壓力容器工作使用中的安全可靠性。

1 材料準備階段的變形問題及控制策略

造成壓力容器變形的根本原因之一是原材料準備階段的不規(guī)范，具體表現(xiàn)在原材料運輸?shù)挠绊?、原材料零件的尺寸誤差、原材料的切割不合理和部件脫膜現(xiàn)象。雖然原材料的準備階段并沒有十分專業(yè)化的技術(shù)硬性要求，但是材料的小問題卻會對以后的生產(chǎn)流程產(chǎn)生很大的質(zhì)量影響。所謂“千里之堤，潰于蟻穴”，壓力容器制造業(yè)必須重視制造中每個環(huán)節(jié)上可能發(fā)生的各種問題，才能真正意義上保障壓力容器的安全可靠。

壓力容器制造的第一步是原材料的選擇和處理加工，要提高壓力容器的安全可靠性就必須從根本上對制造工藝的流程進行嚴格的質(zhì)量控制把關(guān)。壓力容器的生產(chǎn)原材料主要是鋼材，在進行原材料加工處理之前必須對原材料進行規(guī)格檢驗，避免原材料在運輸和裝卸過程中受到外力的影響而產(chǎn)生變形、彎曲、斷裂等問題。通過檢查對不合格的材料進行矯形措施或者直接摒棄從而提高原料的準備性及設(shè)備零件的精確性。

下料時零件的尺寸誤差將影響整個生產(chǎn)工藝流程。誤差是生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可避免的問題，所以對于這些無法改變材料的進一步檢驗和矯形是保證誤差品和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對獨立的主要手段，不能因為原材料尺寸的誤差造成制造零件的不標(biāo)準化生產(chǎn)。誤差出現(xiàn)的主要原因包括原材料運輸影響、計算分析失誤、放樣失誤等外界因素。

在切割過程中操作人員的操作不規(guī)范和技術(shù)不到位會使原材料加工處理過程中出現(xiàn)尺寸偏差，而且由于材料切割時的高溫影響容易發(fā)生原材料變形，出現(xiàn)“弧度”邊。對于切割對象和切割技術(shù)方面的考慮可以運用多種切割技術(shù)進行原材料分類處理。對于大直徑的材料可以采用簡節(jié)控制方式，即采取對稱切割和機械加工的處理方式能有效的防止由“熱脹冷縮”原理導(dǎo)致的一系列問題。鋼板切割坯料的控制普遍應(yīng)用在壓力容器密封圈的生產(chǎn)加工中，鋼板切割后由于高溫火焰的物理作用會導(dǎo)致鋼板表面的極不規(guī)整，及時進行鋼板矯形處理是鋼板切割變形問題的重要解決方案。

原材料處理的另一種方式是零件脫膜處理，如封頭的脫模，脫膜處理的重點是封頭的控制。成型的封頭在火焰切割后其周邊位置容易發(fā)生“冷收縮”現(xiàn)象，造成封頭口徑縮小變形。因此在設(shè)計成型模具方案上應(yīng)該考慮到封頭的收縮量，適當(dāng)?shù)姆糯蠓忸^組裝設(shè)計的口徑對避免封頭脫模變形問題具有一定的參考性。在封頭端口對瓣片式加工處理過程時應(yīng)該直接采取機械加工的方法，盡量避免封頭的變形量。

2 容器焊接中的變形問題及控制策略

焊接過程很大程度上決定著壓力容器的質(zhì)量性能。金屬焊接過程是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的高溫過程，對母材和成品的變形影響十分巨大，必須科學(xué)規(guī)劃操作工藝和技術(shù)水平。在進行壓力容器焊接工藝時要充分考慮焊接的數(shù)據(jù)指標(biāo)、先后順序、技術(shù)方法和環(huán)境影響等諸多因素。對于大型壓力容器的焊接操作應(yīng)該先將主體組裝起來，然后進行部位焊接工藝。在對稱焊接中要時刻保持容器各部位受力均勻和熱能效應(yīng)。當(dāng)存在多種焊接組合焊的情況下，應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑诤附咏M合部位預(yù)留相應(yīng)的收縮量，避免焊接后的整體容器再出現(xiàn)收縮變形的問題，收縮量應(yīng)該根據(jù)方案設(shè)計、技術(shù)經(jīng)驗和容器特點來綜合分析。這就要求操作人員必須具有高超的專業(yè)技術(shù)能力、管理經(jīng)驗以及危機預(yù)判的能力。利用經(jīng)驗分析對有可能發(fā)生形變的部位進行適度的反方向變形處理是對容器壓力制作的較高要求。最后要對焊接前后的母材和焊材進行處理，由于母材在焊接過程中受到高溫影響比較嚴重，因此必須監(jiān)測材料的精確性，避免發(fā)生形變。

3 壓力容器內(nèi)應(yīng)力的變形問題及控制策略

內(nèi)應(yīng)力是壓力容器在具體實踐使用和工作環(huán)境中變形問題的主要誘發(fā)因素。壓力容器在制作完成投入使用的時候內(nèi)部具有相應(yīng)的物理力學(xué)因素，稱之為壓力容器內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力會隨著壓力容器的運行時間和環(huán)境影響而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致壓力容器自身出現(xiàn)裂紋或者發(fā)生形變。因此，壓力容器制作企業(yè)必須通過相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)手段適度的降低、消除壓力容器的內(nèi)應(yīng)力問題。內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生是由于容器制造過程中多重?zé)崽幚淼臒崮苄?yīng)、組裝焊接中的密閉性和起重機吊裝力的作用等，復(fù)雜的制作工藝、嚴格的壓力要求是壓力容器自身內(nèi)應(yīng)力的存在主要原因。對壓力容器進行熱處理是消除制作過程中內(nèi)應(yīng)力的有效措施，壓力容器的熱處理相當(dāng)于容器設(shè)備本身的一個實踐調(diào)試，熱處理多采用的是能夠使壓力容器受熱均勻、避免局部受熱形變的整體式加熱處理方式。運用熱處理進行消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)該對容器本體進行擋火裝置和加固措施，本體的擋火裝置是為了更大可能的保持容器本體的熱均勻性，同時容器的受熱會引起金屬容器的不穩(wěn)定性，所以對壓力容器進行加固措施是十分必要的。

4 壓力容器成型誤差的變形問題及控制策略

在壓力容器對質(zhì)量安全可靠性的嚴格要求下，選材、技術(shù)、操作、加工等各方面均有效的得到控制，但是誤差是一種不確定因素難以避免，往往壓力容器的不達標(biāo)正是因為容器制造過程中各部位零件的誤差超標(biāo)、尺寸不合適等原因。當(dāng)誤差零件投入運行使用后會影響整個容器壓力的設(shè)備水平，慢慢的從質(zhì)變演化為形變從而影響壓力容器的安全可靠性。要盡可能避免誤差對容器本身制造的影響首先要加強人為控制，通過技術(shù)經(jīng)驗和理論分析設(shè)計相應(yīng)的容器制造方案，這是一場人與誤差的“比賽”。其次要不斷強化技術(shù)工藝制度，嚴格清除壓力容器制造中的不恰當(dāng)方式和不規(guī)范操作。在整個制作流程上宏觀把握制作順序和操作方法，微觀上調(diào)節(jié)外界環(huán)境和人為因素的影響水平。時刻檢驗分析有可能存在、出現(xiàn)的各種問題，及時擬定修正措施，確保制作流程安全順利，進一步保證壓力容器的安全可靠性。

5 結(jié)束語

綜合文章論述，想要保證壓力容器質(zhì)量標(biāo)準的安全可靠性，解決壓力容器在具體實踐運行和制造調(diào)試變形問題，就必須綜合考慮制造流程各方面的問題并行之有效的制定解決措施。同時對潛在性的危機問題進行預(yù)判分析，降低壓力容器的變形率，更大限度的加強壓力容器的安全性能。

參考文獻

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[3]王健.壓力容器制造的特征、常見問題及對策[J].中國石油和化工標(biāo)準與質(zhì)量，2012，08：64，66.

作者簡介：陳梁（1984，4-），男，漢族，浙江省寧波市，工程師，本科，研究方向：壓力容器/化工裝備。

廖建明（1980，9-），男，漢族，江西省新建縣，工程師，本科，研究方向：壓力容器/深冷設(shè)備。