關(guān)于化工壓力容器設(shè)計相關(guān)問題的分析

高嘉楠

摘 要：在當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中，化工事業(yè)取得了較快的發(fā)展，在化工企業(yè)生產(chǎn)，化工壓力容器應(yīng)用較為廣泛，已成為化工企業(yè)發(fā)展的重要設(shè)備?；毫θ萜饔捎谄涔ぷ鳝h(huán)境具有特殊性，再加之壓力容器自身的特點，在應(yīng)用過程中存在較大的安全問題，給人民群眾的生命財產(chǎn)帶來較大的威脅。因此為了確?；毫θ萜鞯陌踩院涂尚行裕瑒t需要加快對壓力容器設(shè)計方式的改進(jìn)，從而更好的促進(jìn)我國化工事業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；壓力容器；設(shè)計；選材；設(shè)計方法

由于化學(xué)和石油生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)過程具有復(fù)雜性，壓力容器作為化工企業(yè)主要生產(chǎn)設(shè)備，一旦在生產(chǎn)過程中發(fā)生事故，不僅會對產(chǎn)品的品質(zhì)帶來較大的影響，而且還會危及人身安全。所以在壓力容器設(shè)計時不僅需要確保壓力容器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格要滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，而且還要確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)要具有較好的合理性。同時在壓力容器設(shè)計時還盡量在做到對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保制造成本和維修費用的降低，確保壓力容器制造費用的最小化。同時還要便于維修、操作、安裝、檢驗及制造。壓力容器還要確保其運行時是具有較強的穩(wěn)定性和安全性，避免壓力容器儲存物料過程中內(nèi)部能量過大而導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。由于化工企業(yè)物料通常都具有較強的毒性和腐蝕性，所以在設(shè)計時需要對容器壁厚進(jìn)行考慮，在厚度設(shè)計時需要充分的考慮容器的工作環(huán)境和業(yè)主要求，確?；毫θ萜髂軌蜻_(dá)到預(yù)期的使用壽命。

1 壓力容器設(shè)計時選材原則及依據(jù)

壓力容器設(shè)計選材是一項非常重要的內(nèi)容，在具體材料選擇時需要嚴(yán)格依照相應(yīng)的設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在設(shè)計過程中還要遵循相應(yīng)的選材原則和依據(jù)，確保設(shè)計水平的提升。

（1）在對壓力容器選材時，由于相同的工程設(shè)計下使用的材料具有統(tǒng)一性，所以在選擇時需要考慮材料的來源、價格、性能、耐腐蝕性、力學(xué)特性及容器的應(yīng)用條件等。

（2）在壓力容器的鋼材料選擇時，特別是對于作為承壓元件的鋼材料要確保其具有較好的焊接性能，成型性、高韌性及較大塑性儲備。

（3）壓力容器在設(shè)計時需要遵循的原則。1）在壓力容器設(shè)計時，如果設(shè)計的是普通碳素鋼壓力容器，確保板厚度在8mm以上時則可以選擇普通的低合金鋼；2）設(shè)備的設(shè)計需要以強度作為主導(dǎo)時，則選擇鋼材料型號時則需要與介質(zhì)特點、設(shè)計溫度和設(shè)計壓力等應(yīng)用限制充分的結(jié)合，同時在壓力容器相關(guān)的要求下選擇適宜的鋼材型號；3）在壓力容器設(shè)計時，如果是以結(jié)構(gòu)與鋼度作為主導(dǎo)，則受壓殼體選擇普通的碳素鋼即可；4）對于設(shè)計的容器在運行過程中需要承受超過500℃的高溫或是有鐵離子污染、強腐蝕性時，則需要選擇不銹鋼作為壓力容器的主材；5）當(dāng)壓力容器設(shè)計溫度為250℃以上時，宜選擇高壓高溫抗氫用鋼，而當(dāng)設(shè)計溫度在350～550℃之間時，選擇鉻錮低合金鋼具有較好的適宜性。

2 化工壓力容器的設(shè)計方法

壓力容器作為一種特殊的裝置，其與人們的實際生產(chǎn)生活息息相關(guān)，這就對壓力容器的設(shè)計提出了較高的要求。在壓力容器設(shè)計過程中，需要選擇適宜的壓力容器設(shè)計方法，不僅需要滿足壓力容器常規(guī)設(shè)計要求，同時可能會依據(jù)應(yīng)力分析設(shè)計要求。要求設(shè)計者要根據(jù)實際的情況，依據(jù)自身豐富的經(jīng)驗，從而選擇適宜的設(shè)計方法。

目前在壓力容器設(shè)計過程中較為常用的設(shè)計方法即是常規(guī)的方法，這種設(shè)計方法不僅較為簡單，而且易于實施，在設(shè)計過程中依據(jù)自身的經(jīng)驗，同時依據(jù)彈性失效準(zhǔn)則作為其理論基礎(chǔ)。這里所說的彈性失效準(zhǔn)則即是化工壓力容器某個最大應(yīng)力點到達(dá)屈服極限時會進(jìn)入到塑性狀態(tài)，從而使其失去了純彈性狀態(tài)。在化工壓力容器設(shè)計過程中，需要以應(yīng)力分析方法作為基礎(chǔ)，通過簡單計算板殼薄膜和材料力學(xué)理論，在計算過程中，只針對一次性施加的靜力載荷處理，不兼顧熱應(yīng)力、局部應(yīng)力和邊緣應(yīng)力，同時也不對交變載荷下的容器疲勞壽命等情況。但在設(shè)計過程中，為了確保化工壓力容器具有較強的安全性，往往所采用的安全系數(shù)較高，在設(shè)計過程中任何種類的應(yīng)力都實施相同的應(yīng)力值，從而有效的彌補了應(yīng)力分析的缺陷。

壓力容器還具有溫差應(yīng)力和局部應(yīng)力，特別是在局部應(yīng)力下，當(dāng)材料達(dá)到屈服極限時，容器的較大范圍還處于彈性狀態(tài)下，這就導(dǎo)致已屈服的局部范圍會受到周圍彈性區(qū)域的制約，有效的對其變形量進(jìn)行控制，有效的避免了壓力容器失效情況的發(fā)生。這種情況下，應(yīng)用常規(guī)設(shè)計方法很難實現(xiàn)，但在當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢下，部分軟件的功能得以增強，所以分析設(shè)計這類壓力容器的設(shè)計方法應(yīng)運而生。在分析設(shè)計方法下，其是以彈塑性失效準(zhǔn)則、塑性失效準(zhǔn)則為該方法的理論基礎(chǔ)，通過對彈性應(yīng)力進(jìn)行分析，從而計算壓力容器的應(yīng)力，并依此來對壓力容器的應(yīng)力進(jìn)行控制和分類。盡管分析設(shè)計方法較為復(fù)雜，而且所花費的時間也較多，但有效的確保了壓力容器安全性的提升。特別是在當(dāng)前壓力容器參數(shù)不斷增高的新形勢下，高強鋼的應(yīng)用、現(xiàn)代化試驗和計算技術(shù)的采用，有效的解決了壓力容器設(shè)計中存在的一些問題。在分析設(shè)計方法下，壓力容器局部塑性范圍得以有效的控制，對計算應(yīng)力的要求有所降低，有效的確保了壓力容器結(jié)構(gòu)的安全性。

在當(dāng)前壓力容器設(shè)計時，需要對最大剪應(yīng)力理論進(jìn)行充分的考慮。在最大剪應(yīng)力理論中，其指明不管材料處于怎樣的應(yīng)力情況下，只要最大剪應(yīng)力能夠?qū)崿F(xiàn)材料屈服最大剪應(yīng)力值，則材料就會存在屈服破壞。所以在分析設(shè)計方法需要對壓力容器應(yīng)力進(jìn)行分類，從而明確其安全系數(shù)，確保產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3 結(jié)束語

在化工壓力容器設(shè)計時，設(shè)計計算、選材都需要嚴(yán)格遵循設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，同時設(shè)計人員還要通過對比，采取最為理想的設(shè)計方案，確保設(shè)計出來的壓力容器能夠滿足穩(wěn)定性及安全性的要求，同時在滿足壓力容器相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，盡可能的降低費用，確保設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，從而更好的促進(jìn)化工行業(yè)的健康、有序發(fā)展。

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