壓力容器設(shè)計(jì)與制造分析

焦坤鋒　李莉

摘要：壓力容器作為一種特種設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，被廣泛應(yīng)用在制藥、化工、冶金以及石油等領(lǐng)域，同時(shí)，壓力容器由于承受較大的壓力因此存在一定的危險(xiǎn)性，因此各相關(guān)部門對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造以及使用等過程都具有嚴(yán)格的流程規(guī)范，介于此，本文對(duì)壓力同期設(shè)計(jì)和制造過程中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和研究，根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)提出的問題提供了一些合理的解決措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器：設(shè)計(jì)制造;問題;對(duì)策

引言

壓力容器是一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)備，在我國很多工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要地位，并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。加強(qiáng)對(duì)壓力容器相關(guān)技術(shù)的研究，能促進(jìn)壓力容器技術(shù)的革新，推動(dòng)制造產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)一定要嚴(yán)格遵循國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真設(shè)計(jì)，從多方面考慮，一旦出現(xiàn)問題，會(huì)造成嚴(yán)重的影響。

1壓力容器設(shè)計(jì)的重要性

壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)方面具有重要的意義，特別是在石油化工領(lǐng)域，壓力容器在石油化工方面是承載石油壓力的重要設(shè)備，這就對(duì)壓力容器的安全性要求很高，壓力容器的設(shè)計(jì)是非常嚴(yán)格的，由于壓力容器的用途不一樣，所以導(dǎo)致壓力容器在質(zhì)量性能等方面也是不同的，這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中根據(jù)壓力容器所承受的壓力的大小不同而改變?cè)O(shè)計(jì)方案，一旦壓力容器的設(shè)計(jì)出現(xiàn)了問題，很容易導(dǎo)致壓力容器在工作時(shí)出現(xiàn)威脅到施工人員人身安全的情況，所以在設(shè)計(jì)壓力容器的時(shí)候，一定要仔細(xì)多方面的考慮，以確保壓力容器的質(zhì)量。壓力容器的設(shè)計(jì)需要考慮到方方面面，例如，在材料的原則上、壓力容器的受力狀況、所受壓力的大小、在安裝過程的便利程度等，由此可以看出，壓力容器的設(shè)計(jì)人員一定是要有很強(qiáng)的專業(yè)素養(yǎng)，對(duì)知識(shí)理論的掌握要跟扎實(shí)，同時(shí)還需要進(jìn)行多次專業(yè)的實(shí)踐練習(xí)?？茖W(xué)合理的設(shè)計(jì)壓力容器為設(shè)計(jì)人員帶來了較大的挑戰(zhàn)，由于壓力容器的質(zhì)量關(guān)乎著生產(chǎn)過程的安全性，所以設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須全面的考慮，做到縝密細(xì)致，一絲不茍。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中很難避免出現(xiàn)一些問題，這就要求設(shè)計(jì)人員隨機(jī)應(yīng)變，同時(shí)不斷學(xué)習(xí)，從而提高自己的設(shè)計(jì)水平?？偟膩碚f，壓力容器的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：1）安全性，因?yàn)楦鞣N化學(xué)材料都是很危險(xiǎn)的，一旦操作不當(dāng)，都會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。2）容器的使用壽命，因?yàn)樵谑褂眠^程中，會(huì)有很多化學(xué)原料，都會(huì)對(duì)容器造成腐蝕，那么容器就會(huì)變薄，縮短壓力容器的使用壽命。3）日后運(yùn)輸使用過程中的便利性，質(zhì)量好而且方便實(shí)用必然會(huì)收到青睞。

2壓力容器的主要特點(diǎn)

2.1壓力容器設(shè)計(jì)過程具有極強(qiáng)的專業(yè)性

相對(duì)于普通工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的制造，壓力容器的設(shè)計(jì)和制造具有極強(qiáng)的專業(yè)性，在設(shè)計(jì)制造過程中涉及到了多種學(xué)科和多樣技術(shù)，例如需要冶金工業(yè)的知識(shí)與技術(shù)、需要機(jī)械加工及其自動(dòng)化方面的知識(shí)和技術(shù)、還需要化學(xué)防腐技術(shù)、質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)技術(shù)甚至需要計(jì)算機(jī)軟件操作開發(fā)技術(shù)，因此為了保證壓力容器設(shè)計(jì)制造的順利實(shí)施，各部門各行業(yè)的相關(guān)人員應(yīng)該相互配合、互相協(xié)調(diào)，共同完成任務(wù)。

2.2壓力容器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣

現(xiàn)階段許多行業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)制造都會(huì)借助于壓力容器，而且不同行業(yè)中應(yīng)用的壓力容器具有不同的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，甚至同一工業(yè)領(lǐng)域需要運(yùn)用的壓力容器也略有不同，因此壓力容器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)具有多樣性。從另一角度來說，雖然壓力容器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)多樣，但是在制造和生產(chǎn)過程中他們的工藝流程、機(jī)械部件和零件形狀等卻具有很大的相似性，設(shè)計(jì)制造企業(yè)應(yīng)該對(duì)這些相似信息進(jìn)行充分的利用和分析，提高企業(yè)在壓力容器市場中企業(yè)的競爭力。

3壓力容器設(shè)計(jì)與制造存在的問題

3.1材料方面

壓力容器的性能在很大程度上是依據(jù)材料的性質(zhì)，所以在設(shè)計(jì)壓力容器的時(shí)候應(yīng)該注重材料的選取。在設(shè)計(jì)壓力容器的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要和工藝條件等因素，選擇最佳的最合理的制作材料。顯而易見，壓力容器的制作材料是隨著需要而進(jìn)行選擇的，這就要求設(shè)計(jì)人員要分析好材料的各種性能從而進(jìn)行材料的選取。例如：壓力容器材料過厚，設(shè)計(jì)人員也沒有仔細(xì)認(rèn)真的進(jìn)行計(jì)算，只是粗略的估算，認(rèn)為材料的許用應(yīng)力也會(huì)隨著厚度的增加而增強(qiáng)，最終會(huì)導(dǎo)致內(nèi)壓容器出現(xiàn)平面應(yīng)變脆性斷裂。

3.2混淆工作壓力與設(shè)計(jì)壓力

《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中明確規(guī)定，對(duì)于壓力容器受到的壓力來說，只要壓力容器的工作壓力不超過0.1MPa，不論其設(shè)計(jì)壓力為多少，都不屬于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類壓力容器，屬于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類壓力容器工作時(shí)產(chǎn)生的工作壓力應(yīng)該大于或等于0.1MPa。但是實(shí)際工作中一些人員將設(shè)計(jì)壓力等于或者大于0.1MPa但是工作壓力沒有達(dá)到0，1MPa的容器也劃分進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類壓力容器了，這顯然是錯(cuò)誤的，這種錯(cuò)誤會(huì)徒增壓力設(shè)備的制造和后續(xù)檢驗(yàn)費(fèi)用，形成不必要的浪費(fèi)。

4壓力容器設(shè)計(jì)與制造的有效措施

4.1針對(duì)壓力容器焊接技術(shù)方面的防治措施

1）壓力容器焊接在處理的時(shí)候，在保證壓力容器性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)該根據(jù)要求最大程度地減少焊接的縫隙。2）在針對(duì)一些高強(qiáng)度的鋼進(jìn)行處理的時(shí)候，應(yīng)該進(jìn)行焊前預(yù)熱，從而才能保證焊接區(qū)域和其他區(qū)域的溫度能保持一致，降低內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器的過程中一定要嚴(yán)格遵守相關(guān)的規(guī)定，對(duì)壓力容器施加的在外載荷一定要高于壓力容器在工作時(shí)候的外載荷，從而確保壓力容器在工作的時(shí)候不會(huì)發(fā)生因外載荷發(fā)生意外。

4.2利用補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)

如果容器的開孔較大，設(shè)計(jì)壓力較大時(shí)，相同的面積下，圓筒補(bǔ)強(qiáng)圈達(dá)不到規(guī)定的要求，補(bǔ)強(qiáng)圈的內(nèi)外徑比例會(huì)隨著開孔直徑的增大而升高。壓力容器殼體的補(bǔ)強(qiáng)范圍始終不會(huì)發(fā)生變化，但是當(dāng)開孔直徑變大時(shí)，外徑受到補(bǔ)強(qiáng)圈的影響變小了，這時(shí)圓筒受到的內(nèi)壓厚度增加，可用的補(bǔ)強(qiáng)面積變小，無法符合補(bǔ)強(qiáng)同等面積的需求。因此此時(shí)應(yīng)該在合理范圍內(nèi)增加補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度。

4.3高強(qiáng)度的材料替換低強(qiáng)度材料

通常情況下人們認(rèn)為高強(qiáng)度材料的質(zhì)量會(huì)更好，因此采用高強(qiáng)度的材料替換低強(qiáng)度的材料不會(huì)引起設(shè)計(jì)人員的重視，但是人們往往忽視了不同材料情況下各個(gè)介質(zhì)之間的相容性;另外在一些設(shè)備中，設(shè)備的開裂情況是隨著材料強(qiáng)度的提升而增大的，舉例來說，在存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備中使用Q345R代替Q245R就極易發(fā)生開裂現(xiàn)象，因此盡管這時(shí)Q345R比Q245R的強(qiáng)度要高、質(zhì)量要好但是在生產(chǎn)制造上是行不通的，應(yīng)該嚴(yán)格禁止。

4.4針對(duì)壓力容器使用壽命的有效處理措施

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，考慮壓力容器使用的年限。1）外部因素很重要，例如空氣的濕度以及溫度等。2）應(yīng)該考慮材料的在工作環(huán)境下的腐蝕速度，給材料留有一定的腐蝕裕量，保證在使用年限內(nèi)，容器可以安全運(yùn)行。3）使用人員還應(yīng)該定期對(duì)壓力容器進(jìn)行檢查，避免發(fā)生事故。

結(jié)語

總結(jié)來說，現(xiàn)階段壓力容器已經(jīng)成為工業(yè)制造生產(chǎn)領(lǐng)域中最重要的特種設(shè)備之一被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，因此在設(shè)計(jì)制造中一定要保證其科學(xué)合理性，提高設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量和水平。當(dāng)前我國壓力容器的設(shè)計(jì)和制造仍處于起步階段，我們應(yīng)該對(duì)實(shí)際制造過程中出現(xiàn)的問題認(rèn)真進(jìn)行研究，提升壓力容器的安全性能和生產(chǎn)效率，進(jìn)而提高我國壓力容器的整體競爭力為我國工業(yè)行業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)。

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