淺談壓力容器設(shè)計(jì)的常見問題與解決措施

付啟輝

（江蘇中圣壓力容器裝備制造有限公司，江蘇 南京 211100）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國正逐步向“中國制造”發(fā)展。為了提高中國的國際競爭力，必須提高每種產(chǎn)品的質(zhì)量。壓力容器廣泛應(yīng)用于化工，石油，醫(yī)藥，食品等行業(yè)。由于這些行業(yè)中的大多數(shù)材料是有毒，易燃和易爆的，一旦壓力容器的構(gòu)造不合理或不正確，就會(huì)因此導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的低下，嚴(yán)重情況下還會(huì)發(fā)生安全事故。因此，設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)格外小心。

1 壓力容器設(shè)計(jì)問題分析

1.1 熱處理問題

熱處理問題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。如果不嚴(yán)格制定壓力容器熱處理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則熱處理過程太粗糙，會(huì)隱藏更多的隱患，并對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工作產(chǎn)生不利影響。另外，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，必須保證熱處理的完整性，這是達(dá)到理想設(shè)計(jì)和生產(chǎn)狀態(tài)的唯一方法。如果無法保證這兩點(diǎn)，那么就會(huì)大幅度降低壓力容器的安全性和可靠性。

1.2 材料問題

材料方面的常見問題主要發(fā)生在以下三個(gè)方面：（1）類型錯(cuò)誤。有關(guān)專業(yè)人士應(yīng)根據(jù)對(duì)壓力容器的介質(zhì)特性和耐壓強(qiáng)度的各種要求選擇合適的材料類型。（2）材料缺陷。如果材料本身的質(zhì)量存在缺陷，則不能保證壓力容器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，還會(huì)對(duì)以后的使用產(chǎn)生不利影響。（3）缺乏材料經(jīng)濟(jì)特性的考慮。選擇材料時(shí)還應(yīng)考慮材料的經(jīng)濟(jì)特性，否則將嚴(yán)重?fù)p害后續(xù)的生產(chǎn)工作和整個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 忽略壓力容器的使用壽命

通常，每種產(chǎn)品都有一定的使用壽命，特別是對(duì)于壓力容器這類設(shè)備，此類設(shè)備需要更長的使用壽命。如果壽命太短，則生產(chǎn)成本增加。在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，通常會(huì)忽略指定壓力容器的標(biāo)定，并忽略壓力容器預(yù)期的使用年限。當(dāng)考慮壓力容器的壽命時(shí)，首先要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)測，并且通常應(yīng)該考慮影響壓力容器的壽命的因素，例如：與相同材料相比，哪種高質(zhì)量的材料可以有效地延長壓力容器的使用壽命，以及如果根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，壓力容器是否更耐用。不同的設(shè)計(jì)方案會(huì)在一定程度上影響壓力容器的質(zhì)量，但是，這些設(shè)計(jì)方面并未引起太多關(guān)注。

1.4 不符合壓力容器設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒有嚴(yán)格遵守壓力容器設(shè)計(jì)相應(yīng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且設(shè)計(jì)人員對(duì)每個(gè)壓力容器設(shè)計(jì)單元沒有足夠的了解，熟悉壓力容器的處理技術(shù)和技術(shù)實(shí)踐（安裝，維護(hù)，操作和維護(hù)）以及質(zhì)量控制等也很不足，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平太低。這些因素都會(huì)直接嚴(yán)重影響壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量，因而非常有必要采取措施對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行整治，減少和消除不符合壓力容器設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的種種行為。

1.5 經(jīng)濟(jì)考慮不足

在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮壓力容器的安全特性。選擇設(shè)備材料時(shí)，必須考慮設(shè)備的存儲(chǔ)溫度、材料之間的焊接、構(gòu)造壓力以及各個(gè)介質(zhì)之間的特性，全面考慮壓力容器結(jié)構(gòu)冷熱加工的性能和效率。值得關(guān)注的是，壓力容器的設(shè)計(jì)成本直接影響設(shè)備材料和壓力容器的整體質(zhì)量。一般在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)選擇較便宜的壓力容器材料，以有效降低成本并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理性，從而大大降低了壓力容器的質(zhì)量[1]。

2 壓力容器設(shè)計(jì)常見問題的解決措施

2.1 規(guī)范熱處理設(shè)計(jì)

熱處理是壓力容器設(shè)計(jì)中的常見問題，而對(duì)這一過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范是有效解決此問題的前提。該計(jì)劃基本上可以從兩個(gè)方面開始，我們不僅應(yīng)專注于實(shí)際設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，為整體提高熱處理效果做出貢獻(xiàn)，而且還應(yīng)制定有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，結(jié)合不同的細(xì)節(jié)。相關(guān)研究表明，在設(shè)計(jì)厚度為20毫米，直徑為400毫米的低合金鋼或碳素鋼時(shí)，應(yīng)將其作為無縫鋼管。盡管低合金鋼滿足設(shè)計(jì)要求，但從理論上講，這會(huì)影響壓力容器的各種功能和整體效果，如果不進(jìn)行處理，則會(huì)導(dǎo)致存在許多問題，例如鋼板冷軋后的晶粒變形和破壞。盡管在冷卻和成形后提高了鋼的強(qiáng)度和硬度，但延展性降低。鑒于這種情況，應(yīng)使用重結(jié)晶退火以改善鋼板的延展性并改善材料的機(jī)械性能，從而為壓力容器設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保證。

2.2 科學(xué)合理的材料選擇

在選擇壓力容器的材料時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇具有更好的耐熱性和具有良好焊接功能的材料，來確保壓力容器結(jié)構(gòu)的密封性的強(qiáng)度。如果某種材料所有指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)定的要求，那么將它投入使用過程中，還要同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化使用壓力容器的安全指標(biāo)。

2.3 注意使用壽命

為了確保對(duì)壓力容器的使用壽命進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)考慮其實(shí)際工作環(huán)境并提高其可靠性。同時(shí)，在對(duì)所用材料進(jìn)行全面檢查的基礎(chǔ)上，應(yīng)測量壓力容器內(nèi)部/外部的壓降和耐腐蝕性，以保持耐腐蝕程度，進(jìn)而可以科學(xué)合理地計(jì)算壓力容器的使用壽命。為了提高測量結(jié)果的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)設(shè)備在最壞情況的環(huán)境進(jìn)行建模。此外，設(shè)計(jì)人員還必須考慮用戶在實(shí)際應(yīng)用過程中可能發(fā)生的不當(dāng)操作，在設(shè)計(jì)圖上清楚地標(biāo)記它，改善壓力容器的使用條件，并在其承重組件和壁厚參數(shù)計(jì)算方面進(jìn)行準(zhǔn)確的性能測量從而確?？茖W(xué)合理地制定使用壽命[2]。

2.4 嚴(yán)格遵守壓力容器設(shè)計(jì)人員的管理制度

在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格遵守壓力容器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。公司應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行教育，并定期評(píng)估教育成果。同時(shí)，公司可以聘請(qǐng)專業(yè)設(shè)計(jì)師來培訓(xùn)設(shè)備設(shè)計(jì)工程師，以便設(shè)備設(shè)計(jì)工程師對(duì)壓力容器的組件和制造以及安裝，加工技術(shù)，操作和維護(hù)，質(zhì)量控制和技術(shù)實(shí)踐知識(shí)有深入的了解，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平和技能，最終提高壓力容器的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.5 注意設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須注意細(xì)節(jié)。為了對(duì)壓力容器進(jìn)行良好的熱處理，必須徹底分析壓力容器的工藝技術(shù)，以便智能地設(shè)計(jì)壓力容器冷熱成型的元件。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意噴嘴和壓力容器配件的熱處理位置，并妥善處理零件，以免造成壓力容器結(jié)構(gòu)短路，在一定程度上延長壓力容器的使用壽命，并確保壓力容器的使用安全[3]。

3 結(jié)束語

簡而言之，壓力容器和人的生命安全及其財(cái)產(chǎn)直接相關(guān)，小小的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤可能會(huì)造成永久性損壞。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)必須嚴(yán)格采用材料，控制影響壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量的基本問題來保證壓力容器的安全。在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，我們一直在遵循國家有關(guān)規(guī)定，不斷完善自己，并與其他行業(yè)緊密合作，來為明天的工業(yè)繁榮做出自己的貢獻(xiàn)。