化工壓力容器設(shè)計(jì)及不安全因素的探析

陸維松

（南通科賽爾機(jī)械有限公司，江蘇 南通226400）

0 前言

化工壓力容器在實(shí)際使用過程中，不僅要承受氣體、液體壓力的考驗(yàn)，而且還會(huì)受到化學(xué)介質(zhì)的腐蝕影響。因此針對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)，一般有著更高的要求，同時(shí)也面臨著更多的不安全因素。為更好地保證化工壓力容器的安全，有必要從設(shè)計(jì)方面入手，深入分析其不安全因素，并提出一些有效地解決策略，更好地保障化工壓力容器設(shè)計(jì)使用安全性。

1 化工壓力容器設(shè)計(jì)要求

在實(shí)際開展化工壓力容器設(shè)計(jì)的過程中，通常需要先充分了解客戶的實(shí)際需求，了解壓力容器的工作條件，并以此為依據(jù)，選擇合理的壓力容器制作材料，并確定壓力容器的結(jié)構(gòu)形式。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)合理分清不同需求的重要性，做好合理取舍，從而保證后續(xù)壓力容器設(shè)計(jì)能夠有效滿足化工生產(chǎn)實(shí)際使用要求。當(dāng)下在實(shí)際開展壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)采用兩種設(shè)計(jì)方法，第一種是常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，主要在彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的指導(dǎo)下，通過借助殼體薄膜理論，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)，推算出主要受壓件的壁厚，這是一種典型的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[1]。在實(shí)際對(duì)壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)選材、工藝制作等進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)局部應(yīng)力的控制，注重提升許用應(yīng)力的安全系數(shù)，充分考慮彈性失效問題，從而更好地保障化工壓力容器設(shè)計(jì)的安全性。第二種是分析設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法以應(yīng)力分析數(shù)據(jù)為重要依據(jù)，采用的工藝標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，在彈塑性失效準(zhǔn)則的指導(dǎo)下，針對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類匯總，并逐一進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算分析。針對(duì)不同應(yīng)力，明確其產(chǎn)生與破壞形式，并以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)不同元器件，滿足應(yīng)力要求。從而有效提升化工壓力容器應(yīng)力設(shè)計(jì)安全性，減少材料浪費(fèi)，不斷降低材料發(fā)生塑性變形的可能性，促使壓力容器載荷得到有效控制，因此這種設(shè)計(jì)方式在化工壓力容器的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。

2 化工壓力容器設(shè)計(jì)不安全因素

2．1 壓力容器使用年限因素

化工壓力容器在實(shí)際使用過程中，隨著使用時(shí)間的推移，容器性能會(huì)逐漸下降。因此一旦長時(shí)間使用化工壓力容器，很容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。在實(shí)際進(jìn)行化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，使用年限是一項(xiàng)重要的不安全因素，需要引起重視，盡可能延長化工容器安全使用年限，更好的保證壓力容器安全。除此之外，在一些企業(yè)中，除了缺乏對(duì)化工壓力容器使用年限的重視，而且也缺乏必要的維護(hù)，導(dǎo)致化工壓力容器性能在加速衰退，從而在沒有達(dá)到使用年限時(shí)，便已經(jīng)有了“報(bào)廢的傾向”，這對(duì)容器的使用也埋下了安全隱患?；诖?，在實(shí)際進(jìn)行化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)充分考慮維護(hù)保養(yǎng)因素，不斷提升化工壓力容器的綜合性能，盡量延長化工壓力容器的使用年限。

2.2 壓力容器材料因素

壓力容器的材料分為母材和焊材，合理選擇材料對(duì)容器的性能有著最為直接的影響，同時(shí)還能決定壓力容器后續(xù)使用是否安全。因此容器材料的選擇也是一項(xiàng)非常重要的不安全設(shè)計(jì)因素。在實(shí)際進(jìn)行化工壓力容器設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)母材選擇，通常需要考慮到多方面影響因素，比如需要根據(jù)不同化工壓力容器的工作條件以及所盛的化學(xué)介質(zhì)，合理選擇容器設(shè)計(jì)材料[2]，以及相應(yīng)的焊材?？偠灾?，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注重科學(xué)合理的選材，一方面，要保證壓力容器的性能指標(biāo)滿足化工企業(yè)實(shí)際使用需求，另一方面，還應(yīng)對(duì)容器不同部位選擇不同的材料，從而盡可能地降低材料的使用量，提高材料的利用率，讓每份材料均能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用價(jià)值，有效減少設(shè)計(jì)制造成本。

2.3 壓力容器熱處理因素

針對(duì)化工壓力容器的設(shè)計(jì)，通常還需要從制造過程出發(fā)，針對(duì)一些零部件結(jié)構(gòu)，考慮其熱處理性能，從而更好地保障化工壓力容器的使用安全性。在當(dāng)前，針對(duì)壓力容器的熱處理設(shè)計(jì)，通常都重視以下兩點(diǎn)內(nèi)容，一是焊接接頭，二是容器自身。針對(duì)上述二者的熱處理，將會(huì)對(duì)整個(gè)化工壓力容器安全有著重要影響。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅考慮設(shè)計(jì)成本，還應(yīng)注重考慮整體設(shè)計(jì)安全，一旦缺乏對(duì)化工壓力容器必要的熱處理設(shè)計(jì)，將會(huì)對(duì)壓力容器使用安全帶來不利影響?；诖耍趯?shí)際開展化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)壓力容器的相關(guān)結(jié)構(gòu)，做好熱處理設(shè)計(jì)。在這一過程中，應(yīng)著重對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊后熱處理，從而有效避免因焊接產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，影響化工壓力容器的使用安全性。

3 化工壓力容器安全設(shè)計(jì)策略

3．1 延長壓力容器使用年限

從當(dāng)下化工企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，針對(duì)壓力容器的使用，很多企業(yè)依然缺乏對(duì)其使用年限的重視，經(jīng)常在容器超出使用年限后，依然進(jìn)行使用。面對(duì)這些情況，一方面除了加強(qiáng)宣傳，讓化工企業(yè)認(rèn)識(shí)到超出使用年限應(yīng)用化工壓力容器的危害性；另一方面，還應(yīng)從化工壓力容器設(shè)計(jì)入手，充分考慮多種情況，比如化工壓力容器工作條件、使用要求等，注重設(shè)計(jì)方案針對(duì)性優(yōu)化，從而在特定的生產(chǎn)環(huán)境下，盡可能延長化工壓力容器的使用年限，從而更好地保障其使用安全性[3]。比如在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到化工企業(yè)都存在很多腐蝕性較強(qiáng)的液體，且對(duì)液體存儲(chǔ)壓力有著較高要求，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，考慮留有腐蝕余量，同時(shí)注重提升壓力容器的耐腐蝕性與抗壓性，延緩容器的老化，同時(shí)在產(chǎn)品說明書中注重強(qiáng)調(diào)化工壓力容器使用維護(hù)檢查，從而盡可能地在實(shí)際生產(chǎn)中延長化工壓力容器的使用年限，更好的保證化工壓力容器的使用安全。

3.2 合理采用壓力容器設(shè)計(jì)材料

針對(duì)化工壓力容器的設(shè)計(jì)，材料既是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是維護(hù)容器安全的重要保障，一旦材料選擇不合理，那么再精巧的結(jié)構(gòu)、再合理的設(shè)計(jì)均不能夠保證化工容器的安全?；诖耍趯?shí)際進(jìn)行化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，注重材料的科學(xué)合理選用也非常重要。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，除了要考慮化工壓力容器的用途，還應(yīng)考慮其使用環(huán)境等，從中進(jìn)行綜合分析，選擇合理的材料，并使得材料盡可能兼顧多種要求。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)準(zhǔn)備好一套材料備用設(shè)計(jì)方案，從而在后續(xù)壓力容器生產(chǎn)過程中，一旦原設(shè)計(jì)材料使用出現(xiàn)了意想不到的問題，還可以有備用方案進(jìn)行選擇。例如，在強(qiáng)腐蝕性化學(xué)介質(zhì)運(yùn)用上除了運(yùn)用不銹鋼材料外還可采用鈦-鋼復(fù)合鋼板，與介質(zhì)接觸里層選用鈦材，外層選用低合金鋼，這樣更有利于節(jié)約成本。

3.3 科學(xué)應(yīng)用熱處理工藝

在實(shí)際開展化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，熱處理工藝也是一項(xiàng)需要著重考慮的因素。針對(duì)熱處理工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用，除了要對(duì)容器自身實(shí)施熱處理去除殘余應(yīng)力外，還需對(duì)壓力容器一些重要的焊接接頭，同樣需要實(shí)施熱處理[4]。在這一過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理溫度，避免材料受高溫影響變性。與此同時(shí)，針對(duì)不同材料，還應(yīng)注重體現(xiàn)熱處理的差異性與針對(duì)性，以免由于熱處理不當(dāng)，對(duì)整個(gè)壓力容器性能造成不利影響。此外，針對(duì)化工壓力容器焊接后熱處理設(shè)計(jì)，在焊接處，有可能出現(xiàn)殘余應(yīng)力，不利于整體壓力容器的安全，因此還應(yīng)合理選擇壓力容器材料，并立足每個(gè)加工環(huán)節(jié)，加強(qiáng)熱處理工藝控制，有效避免化工壓力容器變形，更好地保證其使用安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，化工壓力容器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為系統(tǒng)復(fù)雜的過程，在具體設(shè)計(jì)實(shí)踐方面，通常會(huì)受到很多不安全因素的影響。基于此，需要提高對(duì)這些因素的重視，并對(duì)其進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上，采取一些針對(duì)性應(yīng)對(duì)策略，從根本上保證化工壓力容器設(shè)計(jì)的安全性。