壓力容器設(shè)計壓力的可靠性探討

劉一飛

[摘 要]在科技水平逐漸提高的形勢下，有關(guān)壓力容器的研究也在不斷地深入，然而在多種復雜因素的作用下，壓力容器的幾何參數(shù)、應(yīng)力、強度等都受到了一定的影響，不利于設(shè)備可靠性的提高，也產(chǎn)生了較大的安全隱患，對人身安全、生產(chǎn)以及國民經(jīng)濟帶來嚴重的威脅。本文就從壓力容器的設(shè)計壓力方面出發(fā)，對于如何確保壓力容器設(shè)計壓力的可靠性提出自己的一些見解，希望能夠更好地推動我國壓力容器的穩(wěn)定發(fā)展。就從壓力容器的設(shè)計壓力方面出發(fā)，對于如何確保壓力容器設(shè)計壓力的可靠性提出自己的一些見解，希望能夠更好地推動我國壓力容器的穩(wěn)定發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]壓力容器 設(shè)計壓力 可靠性

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0037-01

近年來，我國壓力容器的設(shè)計及制造的標準逐漸地嚴格，參數(shù)的確定性不斷地提高，安全系數(shù)受到了更加廣泛的關(guān)注。然而，雖然常規(guī)的設(shè)計方法安全性較高，也具有操作較為簡單的特征，然而由于對影響壓力容器可靠性的相關(guān)因素還缺乏充分考慮，在實際的生產(chǎn)過程中，極易造成較大的誤差，導致安全性大大降低，同時安全系數(shù)傳統(tǒng)保守，不僅會導致浪費材料，更不利于壓力容器安全性以及可靠性的提高，除此以外，常規(guī)的設(shè)計方法對容器的結(jié)構(gòu)形式做出了明確的規(guī)定，導致其他容器的載荷形式以及結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有得到全面的考慮，針對性較強而普適性較差。因此，在壓力容器設(shè)計中應(yīng)用可靠性方法已刻不容緩。

一、可靠性的定義

一個產(chǎn)品要具有可靠性，也就是說，在產(chǎn)品的使用過程中，在相關(guān)條件、時間以及環(huán)境的允許下，能夠滿足使用者的需求，其功能被最大化地發(fā)揮，并且不會產(chǎn)生故障。由此可知，產(chǎn)品可靠性與諸多條件息息相關(guān)，例如溫度、應(yīng)力、振動等，并且也與使用者對產(chǎn)品的功能需求、使用期限等密不可分。所以，可靠性的概念可以概括為：產(chǎn)品在一定期限和條件下滿足人們對規(guī)定功能的需求的能力。產(chǎn)品即用來試驗或者研究的系統(tǒng)、設(shè)備，既可以是樣品也可以是總樣；條件包含使用、貯存、維護以及環(huán)境等條件，也有對使用者的操作技術(shù)的要求；時間主要為廣義時間不僅可以為運行時間，也可以指里程數(shù)以及循環(huán)零件的循環(huán)或者旋轉(zhuǎn)次數(shù)；功能即產(chǎn)品所擁有的技術(shù)指標。

二、壓力容器的可靠性設(shè)計理論

在可靠度下，在危險斷面上，確保最大的應(yīng)力不超過最小的強度，是設(shè)計壓力容器所要達到的基本目標。若沒有達到可靠度相關(guān)要求，容器將會在很大程度上失去其本身的效用，就無法滿足人們對容器的基本需求。強度以及應(yīng)力具有不確定性，是一種具有分布規(guī)律的隨機變量。通過強度以及應(yīng)力的模型和分布狀態(tài)的分析，可以進行壓力容器的可靠性設(shè)計。通過對模型理論以及給定的具有正態(tài)分布規(guī)律的壓力容器的應(yīng)力以及強度的分析， 我們能夠求出壓力容器的可靠度，公式中的可靠度系數(shù)對應(yīng)著可靠度?？煽慷认禂?shù)受應(yīng)力均值、強度均值、強度標準差、應(yīng)力標準差、強度變異系數(shù)以及應(yīng)力變異系數(shù)的影響，一旦其中的某一因素發(fā)生變化可靠度系數(shù)也會隨之發(fā)生改變，這里就不對可靠度系數(shù)以及其影響因素進行過多的分析。

可以通過隨機安全系數(shù)以及概率安全系數(shù)等方法來計算可靠性安全系數(shù)。在壓力容器設(shè)計過程中，均值安全系數(shù)可以由強度均值比實際應(yīng)力均值來得到，將均值安全系數(shù)代入到可靠度系數(shù)公式當中可以得知，應(yīng)力以及強度的變異系數(shù)和可靠度都能對安全系數(shù)造成影響。所以要得出安全系數(shù)，就要先求得應(yīng)力以及強度的變異系數(shù)。因為一般情況下，都會給出強度的標準差和均值，所以要求出應(yīng)力的標準差及均值。對此，可以先利用應(yīng)力計算公式求出壓力容器的筒體最大應(yīng)力。然后在基本函數(shù)法的運用下，求出應(yīng)力的標準差及均值。

三、壓力容器的設(shè)計壓力可靠性問題

在壓力容器的設(shè)計過程中，必須要設(shè)計出安全、可靠和經(jīng)濟的容器。在系統(tǒng)設(shè)置的安全閥，壓力容器的設(shè)計壓力與工作壓力這是我們必須要考慮的問題之一，但是，在對安全閥整定的壓力設(shè)計上可以選取容器的工作壓力，這樣，壓力容器的安全性就能夠得到保證，但是，如何來進一步加強技術(shù)上的可靠性，這是一個非常值得探討的問題，而且，在實際設(shè)計中，設(shè)計壓力以及安全閥的整定壓力可靠性已經(jīng)成為系統(tǒng)化的工程，例如，P與PZ和PW關(guān)系上的具體數(shù)值和工藝流程有關(guān)，也就是在最高的工作壓力的選取和安全閥的回座壓力有著密切的關(guān)系。如果是安全閥在壓力容器的正常運行狀態(tài)下處于泄露，或者是開啟之后不能正常的回歸到原位，這樣就會成為系統(tǒng)安全的一個壓力控制器，卻并不能起到一個防止壓力超額安全值的作用。

（一）壓力特征和壓力差

在很多的研究過程中，相應(yīng)的論述了容器的變化以及氣體安全閥壓力特性的關(guān)系，切實根據(jù)自身的標準的規(guī)定，從安全性的考慮上看，壓力容器的設(shè)計壓力應(yīng)該要能夠整體上大于安全閥的整定壓力，這樣就能夠確保安全閥的壓力保持在一定的范圍內(nèi)，壓力容器在短時期內(nèi)能夠允許的工作壓力大于安全閥的排放壓力，同時，壓力容器所設(shè)計的壓力基本是上等于安全閥的整定壓力，這是現(xiàn)階段最為經(jīng)濟性的選擇。另外，我們還需要注意，在安全閥回座壓力是安全閥排放后可以重新進行與閥座進行接觸，也就是能夠開啟高度變?yōu)榱銜r，安全閥進口靜壓力，如果是泄露之后的壓力，就是通常在安全閥密封試驗壓力或者是密封喪失的壓力，這是當前安全閥芯和閥座之間的密封保證值。從以上情況分析中可以看出，為了能夠確保壓力容器設(shè)計的安全性，就必須要確保壓力容器的正常工作壓力，其中就包括是正常運行的一切工況，例如是啟動、停車和流程波動等壓力變化，并能夠使得最高的工作壓力小于安全閥的回座壓力。第二，在壓力容器在最高的正常工作壓力小于安全閥的密封試驗壓力，這樣就能夠確保安全閥的正常運行狀態(tài)，確保安全閥的各項正常功能，而不應(yīng)該將安全閥變?yōu)橄到y(tǒng)的一個壓力控制器。

（二）壓力容器設(shè)計過程中需注意的問題

在我國目前的壓力容器設(shè)計過程中，常規(guī)的設(shè)計就是計算的電算化以及畫圖電腦化，設(shè)計者不僅僅要通過依賴電算，還要對國際相應(yīng)的標準進行理解，如果是忽視計算過程，只是注重計算結(jié)果，這樣就會容易產(chǎn)生錯誤的結(jié)論和安全隱患。尤其是在材料化工選用鋼材時，就必須要考慮到設(shè)備的設(shè)計壓力和設(shè)計溫度，能夠巧妙地處理好材料的焊接性能，另外，為了能夠考慮到經(jīng)濟的合理性，就不能夠盲目提高鋼板等級，在設(shè)計壓力較大時，以及結(jié)構(gòu)尺寸過大時，如果是選用碳素鋼作為殼體材料，這樣不僅僅會嚴重導致了設(shè)備殼體壁厚增大，質(zhì)量上的增加，還會增加制造運輸和安裝土建等基礎(chǔ)性的建設(shè)費用，所以，我們就必須要注重選用材料，才能更好確保壓力容器的設(shè)計壓力可靠性。

總而言之，常規(guī)的設(shè)計方法由于主觀隨意性較強，安全系數(shù)的可信度較低。在壓力容器設(shè)計中應(yīng)用可靠性設(shè)計，不僅可以克服常規(guī)設(shè)計方法的弊端，還能提高容器的可靠性，保障容器的經(jīng)濟性以及安全性，因此需要大力地普及。然而在目前，在壓力容器的可靠性設(shè)計中，我國積累的所需的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相關(guān)資料還不豐富和完備，因此需要投入更大的力度進行系統(tǒng)的管理和充實，同時在壓力容器的設(shè)計中也要不斷的積累經(jīng)驗和方法，對可靠性方法進行更加深入的研究和完善。

參考文獻

[1] 黃心明.壓力容器設(shè)計中可靠性方法的應(yīng)用探討[J].廣東科技，2014，10.

[2] 王婷，王靜，邱金梁.探討壓力容器設(shè)計要求及設(shè)計方法[J].化工管理，2013，04.

[3] 孫博.燒結(jié)爐壓力容器的應(yīng)力分析與可靠性分析[D].沈陽工業(yè)大學，2014.