周建華
(江蘇中圣壓力容器裝備制造有限公司,江蘇 南京 211100)
鑒于使用的環(huán)境,化工壓力容器的設計要求嚴格選擇材料,包括材料的承壓能力、對溫度的敏感性、材料之間的焊接、加工工藝對材料的影響等。但為了降低生產(chǎn)過程中的成本,生產(chǎn)企業(yè)只考慮材料經(jīng)濟性,忽視壓力容器的質量要求,選擇經(jīng)濟性能高、價格低的材料進行生產(chǎn),在使用過程中會產(chǎn)生安全隱患。此外,由于使用環(huán)境惡劣,壓力容器易受酸堿腐蝕。劣質材料制造的壓力容器不能滿足使用要求或降低使用壽命。
一般情況下,在熱處理、氣缸和儲氣罐的設計中,成型后合成鋼的厚度會減小。通過對鋼板冷壓成形件的熱處理,提高了材料的原始性能。在壓力容器的設計中,容器壁和封頭的熱處理容易受到重視,而噴嘴的熱處理往往被忽略,導致材料變形,影響使用壽命。在分汽缸設計中,經(jīng)常出現(xiàn)出汽口與進汽口距離設計偏差,導致分汽缸停滯。但儲氣罐的設計并沒有根據(jù)壓力要求進行合理的材料選擇和尺寸設計,從而降低儲氣罐的抗壓性能。
設計過程管理在化工壓力容器的設計管理中,設計者對設計過程管理體系的遵從性缺乏概念,導致該體系被視為裝飾,沒有系統(tǒng)的遵從性,缺乏規(guī)范化的設計思路。此外,設計人員缺乏相關專業(yè)知識和實踐認知,設計水平較低,對設計后安裝、調試和使用過程中存在的問題認識不足,導致壓力容器的設計不符合化工企業(yè)的要求,影響壓力容器的產(chǎn)品質量和使用安全。
在進行化工壓力容器的設計前,需要綜合考慮客戶的需求、制造使用的材料、容器的結構、安全性、使用環(huán)境、容器盛裝的物質等因素,綜合協(xié)調各種因素之間的關系,確保壓力容器滿足化工生產(chǎn)與使用的要求。目前,常用的設計方法包括常規(guī)與分析法兩種。常規(guī)的設計方法是利用彈性設計準則,計算壓力、許用應力、容器尺寸之間的關系是通過殼體薄膜理論或材料力學推導而來的,設計中的關鍵點是設計方法、載荷和許用應力,它屬于經(jīng)驗設計方法,對壓力容器進行結構設計、選材使用、工藝制作等,始終控制局部應力,選用安全系數(shù)高的許用應力,重視彈性失效問題,提高設計的安全性。分析設計方法是基于應力分析數(shù)據(jù),采用優(yōu)良的選材與工藝標準,秉承塑性失效與彈塑性失效的準則,分類匯總應力并逐一分析計算各應力,針對不同的應力產(chǎn)生與破壞應力的形式,設計不同的元件厚度來應對。避免了應力設計中存在的各種不安全因素,并減少了材料的浪費,通過應力針對性設計,降低材料發(fā)生塑性變形的可能性,提高壓力容器的載荷性能,因此,該技術在化工壓力容器的設計中被廣泛的使用。
分類化工壓力容器是一種密閉裝置,具有較高的承壓能力,可以用來儲存化工產(chǎn)品,主要是液體與氣體的儲存。按承壓力能力劃分壓力容器可分為超高壓型、高壓型、中壓型、低壓型四種;按存儲內(nèi)容物的類別可劃分為無毒型、有毒型、劇毒型等;按容器生產(chǎn)工藝劃分為熱交換型、分離型、貯運型、反應型四種。不同類型與功能的化工壓力容器,設計原理與方法不同,但在使用過程中也會出現(xiàn)各種問題,影響容器的使用,并對化工行業(yè)造成不利的影響,因此,需要重視壓力容器的設計。
(1)材料變化與熱處理。壓力容器設計過程需要注意材料的選擇與使用,特別是不同材料的更換與連接問題,不同厚度的鋼板之間相互連接,特別是加厚封頭與殼體之間的連接過程,需要對封頭進行削邊處理,因板材厚度變化會導致焊接口應力增加,降低產(chǎn)品質量,因此,在設計時需要避免設計板材的變化,以得到準確的應力預測值,確定壓力容器的使用品質與時長。對于塑性差、硬度大的鋼板會產(chǎn)生較大的變形、裂痕等,因此,需要通過熱處理來降低變形發(fā)生的可能性,可在冷成型工藝之后增加退火工藝,提升鋼板的塑性與強度。
(2)延長使用年限與重視細節(jié)設計。在進行化工壓力容器設計時,需要設計人員熟悉設計要求與相關的技術標準,通過先進的設計技術與方法,根據(jù)壓力容器的使用目的、腐蝕速率等計算出容器的使用壽命,選用腐蝕速度慢、性能良好的材料,設計時考慮各種使用影響因素,從而在科學的基礎上合理的延長使用時間。細節(jié)設計是設計人員經(jīng)常忽略的問題,如壓力容器的接管、封頭等元件的熱處理問題,需要良好的設計與編排,可提升容器的使用壽命。處理好細節(jié)設計,避免出現(xiàn)壓力容器設計的短板,確保容器的安全性。
(3)提升設計人員設計水平。設計人員的設計水平是整個化工容器的關鍵環(huán)節(jié),通過加強設計人員的企業(yè)制度的培訓,提升設計人員遵守管理制度的意識。通過聘請專業(yè)技術人員對本企業(yè)的設計人員進行技術培訓,培訓的內(nèi)容應盡可能的全面,包括專業(yè)知識、壓力容器安裝、維修、加工工藝等。
總之,壓力容器是化工行業(yè)必備的設備,需要設計人員嚴格、精心的設計,通過影響設計綜合因素的考慮,來提升化工壓力容器的性能,解決使用過程的問題,提升容器的安全可靠性。