壓力容器設(shè)計存在問題及優(yōu)化建議

李雪翠 孫向元 張世超

摘要：壓力容器作為一種承壓設(shè)備，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用，它的能否安全運行不僅關(guān)系著工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，更關(guān)系著人民的生命財產(chǎn)安全，所以壓力容器的設(shè)計有著極高的要求。目前，在壓力容器設(shè)計中存在諸多問題，導(dǎo)致企業(yè)在應(yīng)用過程中存在安全生產(chǎn)隱患，基于此本文從分析壓力容器設(shè)計出發(fā)，提出有效措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計;措施

本文針對以上敘述的當前壓力容器設(shè)計方法中存在的問題，立足于理論分析，針對性提出壓力容器設(shè)計方法中難點、疑點的解決方案并建立改進型或新的理論方法，并應(yīng)用相關(guān)方法應(yīng)用到壓力容器設(shè)計當中，進而確保壓力容器安全可靠運行。

一、壓力容器的設(shè)計概述

壓力容器的分析設(shè)計方法主要包括應(yīng)力分類法和直接法。直接法采用極限分析、塑性分析和安定性分析的方法直接對載荷加以限制。盡管分析設(shè)計直接法在壓力容器設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛地關(guān)注和應(yīng)用，但基于彈性力學的應(yīng)力分類法仍然是當今壓力容器分析設(shè)計的主流方法，工程設(shè)計人員也非常熟悉彈性應(yīng)力分析方法。目前在工程上真正應(yīng)用直接法進行設(shè)計的實例很少，由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏和對新的設(shè)計方法沒有研究清楚，設(shè)計人員仍然偏向使用應(yīng)力分類法進行設(shè)計。

應(yīng)力分類法仍存在具有廣泛爭議的問題，比如如何從有限元計算所得總應(yīng)力場中提取各類應(yīng)力尤其是一次彎曲應(yīng)力;應(yīng)力線性化處理在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的適用性;分析設(shè)計的實施要求較為苛刻，分類線的選取、建模細節(jié)的要求，分類線的布置位置和分解出的應(yīng)力的分類等都具有一定的不確定性，這種不確定性反應(yīng)在設(shè)計結(jié)果上，會存在設(shè)計結(jié)果偏不安全的情況。因此，本研究文針對應(yīng)力分類法存在的問題進行改進。

二、壓力容器設(shè)計問題分析

2.1材料問題

在設(shè)計人員對應(yīng)力跳擋要求較高的容器進行設(shè)計過程中，因為該種類型的設(shè)備往往有著較厚的封頭，從本質(zhì)上來講，封頭的形成存在減薄量。與此同時，在后期生產(chǎn)過程中，對壓力容器進行一定的加熱操作，也會有相對的減薄量出現(xiàn)。而身為壓力容器的設(shè)計人員，因為忽視了封頭以及筒體減薄量工作的重要性，基于制造視角下并沒有較多的減薄量形成，進而導(dǎo)致材料的厚度明顯增加的基礎(chǔ)上，也對材料的應(yīng)力情況造成了嚴重的影響，最終導(dǎo)致所設(shè)計出來的壓力容器并不能滿足企業(yè)實際的生產(chǎn)需求。

2.2經(jīng)濟性問題

為保證企業(yè)在使用壓力容器過程中具備較高的安全性，設(shè)計人員所選擇的材料，就必須綜合設(shè)備承受溫度、壓力等的能力以及材料焊接等環(huán)節(jié)，同時，在調(diào)整壓力容器冷熱加工性能時，更應(yīng)該秉持經(jīng)濟性的原則進行設(shè)計。從某種程度上來說，只有選擇高質(zhì)量的材料，才能夠提高壓力容器整體性能的同時，管控好壓力容器的造價。容器殼體方面的質(zhì)量作為設(shè)備總質(zhì)量中占據(jù)較大的比重，尤其是一些大型的壓力容器，保證殼體的質(zhì)量才是設(shè)備整體質(zhì)量有所保證的關(guān)鍵。

2.3設(shè)備壽命問題

在企業(yè)生產(chǎn)當中所應(yīng)用的很多設(shè)備，自身往往都有著一定的使用周期，尤其是像壓力容器這種重要的設(shè)備，一旦投入到實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如果使用壽命明顯縮短，那么不僅影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)工作，也是企業(yè)經(jīng)濟效益持續(xù)下降的根源。在開始設(shè)計之初，設(shè)計人員通常忽視了壓力容器使用壽命標記工作，同時針對已經(jīng)投入應(yīng)用的壓力容器，更是沒有做好使用年限的標記?；谠摲N現(xiàn)狀下，因為未能充分考慮到壓力容器的使用年限，在后期設(shè)計過程中，一旦壓力容器的壽命提前縮減，那么一定會影響到接下來人員選擇材料替換等設(shè)計工作。

三、壓力容器設(shè)計優(yōu)化建議

3.1注重材料選用

材料是壓力容器的根本，所以在設(shè)計的過程中，一定要重視壓力容器的材料問題。壓力容器設(shè)計材料除了各種元素的含量必須要符合要求以外，也必須要符合國家相關(guān)部門提出的使用要求，根據(jù)國家的對壓力容器的質(zhì)量規(guī)定，在制作好的壓力容器上印制相關(guān)的標志;在壓力容器的材料選用上，材料的供應(yīng)商必須要向壓力容器的制造企業(yè)提供材料的合格證書，在合格證書中要注明材料的規(guī)格和其中添加的各種物質(zhì)證書中還要有專門的鋼印，這樣才能保證壓力容器制造材料的合格程度;壓力容器設(shè)計材料還需要符合相應(yīng)的力學性能要求，因為壓力容器在使用的過程中，會受到巨大的壓力，如果材料的力學性能不能達到要求，就可能發(fā)生吧爆炸的危險。

3.2重視使用壽命

要想保證壓力容器使用壽命設(shè)計的合理性， 設(shè)計人員必須 加強對其實際運用環(huán)境的考慮，增強其可靠性。同時，還應(yīng)該在 充分研究使用材料的基礎(chǔ)上， 對壓力容器內(nèi)/外部的壓力差與耐 腐蝕性能力等進行測算，獲得其腐蝕性承受程度，從而科學、合 理測算壓力容器的使用壽命。為提高使用壽命測算結(jié)果可靠性，相關(guān)工作人員應(yīng)該對最惡劣的使用環(huán)境進行模擬。另外，設(shè)計人員還需要考慮使用者在實際運用過程中可能出現(xiàn)的不當操 作，以顯著方式標注在設(shè)計圖紙中，并對壓力容器使用條件進行改善，做好其承受力部件與壁厚參數(shù)等的測量工作，保證使用壽命制定的科學性、合理性。

結(jié)論

在壓力容器設(shè)計工作當中，必須結(jié)合實際情況，通過合理選擇材料，加強對使用壽命重視以及規(guī)范熱處理等措施，有效解決材料、壽命等問題，提高壓力容器設(shè)計質(zhì)量與水平，提高壓力容器的安全性與可靠性。

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