壓力容器設(shè)計中的節(jié)能降耗措施分析

毛學(xué)峰

（煙臺國邦化工機(jī)械科技有限公司，山東 煙臺 264000）

壓力容器相對來說是一種比較特殊的設(shè)備，該設(shè)備在各制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在使用過程中，壓力容器會產(chǎn)生相對較大的能耗，因此在設(shè)計過程中如何降低能源消耗成為了壓力容器應(yīng)用行業(yè)所必須要關(guān)心的問題。對于壓力容器的設(shè)計來說，其工作內(nèi)容非常復(fù)雜，而且具有很強(qiáng)的技術(shù)性，因此必須要在設(shè)計初期做好節(jié)能降耗方案，選擇合適的材料以及設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，并且對各方面因素進(jìn)行考慮，確保在不影響壓力容器功能的情況下能夠采用最簡化的設(shè)計來延長使用壽命。而且還需要盡量減少生產(chǎn)和制造時期的流程與工序，確保能夠減少檢測階段的壓力，能夠最大限度地保障壓力容器節(jié)能消耗得到控制。

1 壓力容器節(jié)能降耗設(shè)計的基本原則和需求

壓力容器對于工業(yè)生產(chǎn)以及項目建設(shè)的安全性非常重要，而且還會和相關(guān)工作人員的生命安全產(chǎn)生一定的關(guān)聯(lián)，所以關(guān)于壓力容器的設(shè)計是我國相關(guān)專業(yè)部門非常重視的內(nèi)容，并且還根據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn)流程制定了相對完善的法律法規(guī)以及規(guī)范制度，從而確保生產(chǎn)流程能夠更加標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。而且為了確保能夠滿足國家現(xiàn)階段節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展策略，在針對壓力容器展開設(shè)計時也需要對能源消耗進(jìn)行特別重視，要確保能夠充分滿足節(jié)能降耗的環(huán)保設(shè)計理念，確保能夠加強(qiáng)壓力容器的質(zhì)量安全和可靠性，才能確保壓力容器的設(shè)計能夠滿足現(xiàn)代各行業(yè)節(jié)能降耗的根本需求。如圖1所示，展示了壓力容器所用鋼材的變化，也體現(xiàn)出了壓力容器節(jié)能降耗的重要性，有效的優(yōu)化對于壓力容器資源消耗的控制非常有效。

圖1

對于壓力容器來說，從設(shè)計開始再到安裝和生產(chǎn)，每一個環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并且根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和條例來展開嚴(yán)格要求，以確保各個流程的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性能夠得到保障。在針對壓力容器展開設(shè)計時必須要根據(jù)實際的使用狀況，加上對質(zhì)量安全等情況的需求，并且以節(jié)能降耗作為基本原則來完成相關(guān)的設(shè)計工作。而且還需要對壓力容器的設(shè)計環(huán)節(jié)需求進(jìn)行充分的關(guān)注，首先，是要確保加強(qiáng)對設(shè)計數(shù)據(jù)的審核，更加精確的數(shù)據(jù)能夠有效控制設(shè)計成本，而且還能避免因為數(shù)據(jù)不精確而造成的方案錯誤問題，減少因為設(shè)計失誤而出現(xiàn)的不必要損失。其次，要嚴(yán)格按照方案中的設(shè)計需求來選擇更加合理的材料，如果需要針對特殊材料展開設(shè)計的話，也需要根據(jù)材料的特點等方面來采取相應(yīng)的優(yōu)化策略，要確保能夠發(fā)揮出材料本身的最大價值，保障在合理的范圍內(nèi)加強(qiáng)材料的使用率以及控制好相應(yīng)的成本。最后，則是要根據(jù)各方面因素來對壓力容器的內(nèi)部設(shè)計展開優(yōu)化，并且針對熱容器的各環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析，以確保能夠充分對其功能展開優(yōu)化設(shè)計，利用提高換熱效率的方式來確保能夠?qū)毫θ萜鬟M(jìn)行充分的優(yōu)化以及改進(jìn)。

2 針對壓力容器設(shè)計各方面工作節(jié)能降耗的思考

2．1 設(shè)計過程中對于壓力容器節(jié)能降耗的思考

設(shè)計人員在針對壓力容器進(jìn)行設(shè)計的時候必須要確保壓力容器具有極強(qiáng)的安全性和可靠性，同時還需要在各個方面考慮到壓力容器的生產(chǎn)制造成本，以保障壓力容器的經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計過程中一定要確定好壓力容器的設(shè)計參數(shù)，例如溫度、壓力和介質(zhì)的特性等，一定要以這些數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，計算出壓力容器的強(qiáng)度和剛度，讓數(shù)據(jù)能夠滿足壓力容器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時還需要滿足厚度的需求和設(shè)定。若是在設(shè)計過程中設(shè)計條件制定較高的話，則極有可能造成材料浪費的情況。

設(shè)計師在設(shè)計圖樣中要對封頭下料的厚度以及成型的最小厚度做出明顯的標(biāo)示，確保壓力容器設(shè)計在能夠滿足強(qiáng)度和使用年限規(guī)定需求的同時，還能確保實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。而在設(shè)計過程中也需要選擇最合適且有效的法蘭標(biāo)準(zhǔn)或者對法蘭參考尺寸的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改和計算。在針對壓力容器進(jìn)行正常工作測試時會產(chǎn)生溫度上的變化，因此壓力容器需要具有保溫和降溫的功能，而在針對壓力容器保溫和降溫功能設(shè)計時需要確保該功能降溫的合理性，確保容器能夠有效實現(xiàn)該功能。若是壓力容器不采用合理的保溫或者降溫措施的話，則可能造成大量能源的消耗。在設(shè)計中大部分設(shè)計師都會利用在壓力容器外部設(shè)置保溫層的方式來減少空氣和壓力容器之間所產(chǎn)生的熱能交換情況，進(jìn)而確保能夠有效減少能量的流失以及消耗。同時還需要對熱容器展開進(jìn)一步優(yōu)化來提高熱能轉(zhuǎn)換的效率，確保能夠滿足相關(guān)規(guī)定和需求。不銹鋼換熱器的介質(zhì)如果沒有腐蝕性或者腐蝕性較小的話，只需要在設(shè)計制造時進(jìn)行優(yōu)化，并且采用薄壁來代替?zhèn)鹘y(tǒng)常用的不銹鋼換熱管來提高導(dǎo)熱速率即可。在優(yōu)化壓力容器換熱功能節(jié)能效果時，也可以利用超標(biāo)準(zhǔn)限值的大小換熱器振動預(yù)防結(jié)構(gòu)，同時具有攪拌能力的壓力容器可以利用傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計來減少功率消耗，從而起到節(jié)能降耗的效果。

2．2 在制造工藝設(shè)計過程中對壓力容器節(jié)能降耗的思考

在針對壓力容器的制造工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時需要充分考慮到節(jié)能環(huán)保的理念，在設(shè)計中可以利用簡便的直接氣割坡口工藝，而且必須要對相關(guān)圖紙、技術(shù)條件、工藝和工序的規(guī)定或者要求進(jìn)行嚴(yán)格遵守。而在操作過程中可以利用技術(shù)較高的劃線以及氣割操作工，確保能夠熟練地在錐形封頭內(nèi)來割出坡口線，并且氣割出能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的坡口。不然則可以利用數(shù)控鏜銑床回轉(zhuǎn)工作臺，利用圓柱形銑刀在錐形的封頭內(nèi)外少量加工出坡口基孔的輪廓痕跡，同時根據(jù)內(nèi)外痕跡來確定好氣割坡口和開口余量，這樣也能有效減少加工的成本，并且削短制造的周期。

2．3 在改造設(shè)計過程中對于節(jié)能降耗的思考

若是壓力容器出現(xiàn)提前報廢或者降壓使用的情況，都會造成大量人力和物力資源的消耗，而且有悖于節(jié)能環(huán)保的原則。還能夠針對具有使用價值的廢舊容器進(jìn)行二次利用，以確保能夠減少加工的成本而避免材料浪費的情況，確保實現(xiàn)節(jié)能消耗的目標(biāo)。在實際的生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)工藝的不斷升級以及新產(chǎn)品的研發(fā)，很多老舊的壓力容器和新生產(chǎn)要求會出現(xiàn)不兼容的情況，不過這些容器依然能夠繼續(xù)使用，若廢棄的話則會造成大量的浪費。而當(dāng)前正在使用的壓力容器和大型壓力容器在進(jìn)行水壓試驗時所消耗的水和電力資源非常大，會產(chǎn)生巨大的資源和能源消耗，對于壓力容器的基礎(chǔ)支撐也會產(chǎn)生不良影響，在針對沒有材質(zhì)劣化的現(xiàn)役壓力容器進(jìn)行定期檢測后，若是不需要進(jìn)行大修大改的話，則可以不用展開水壓試驗，只需要對厚度和強(qiáng)度進(jìn)行測量和校對即可。

3 壓力容器設(shè)計過程中節(jié)能降耗的相關(guān)措施

在對壓力容器的設(shè)計過程中必須要選擇最合理的方法來展開節(jié)能降耗的設(shè)計，要確保滿足現(xiàn)代化企業(yè)工作應(yīng)用的原則來制定出更加完善的設(shè)計方案，確保能夠?qū)Ω鞣矫嬖O(shè)計工作的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，保障各個環(huán)節(jié)都能夠達(dá)成節(jié)能降耗設(shè)計的需求，具體相關(guān)措施可以采取以下方案。

3．1 選擇合適的原材料

在對壓力容器的設(shè)計材料展開選擇時，需要對設(shè)備的操作條件展開全面的分析，像是壓力容器設(shè)備在運(yùn)行過程中所需的壓力、溫度、介質(zhì)、焊接和工作性能等條件，要確保能夠滿足各方面的條件需求，才能確保材料選擇的經(jīng)濟(jì)性以及合理性。

首先，壓力容器設(shè)備的剛度需求相對較高，因此設(shè)計工作人員在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)合理地選擇普通碳素鋼作為原材料，并且將強(qiáng)度設(shè)計作為主要設(shè)計內(nèi)容，同時根據(jù)設(shè)備的溫度、壓力以及介質(zhì)的限制來選擇能滿足設(shè)備運(yùn)行和操作要求的鋼板材料，避免因為盲目使用高性能材料而出現(xiàn)嚴(yán)重浪費的情況。其次，在介質(zhì)腐蝕度相對較低而且腐蝕余量小于6mm時，可以采用碳素鋼作為材料；如果腐蝕余量高于6mm時，則需要采用耐腐蝕性相對較高的材料，或者可以增加碳素鋼的厚度來加強(qiáng)設(shè)備的抗腐蝕性能。第三，若在設(shè)計過程中不能使用碳素鋼材料的話，那在設(shè)計工作中若鋼材的厚度超過12mm的話，就必須采用復(fù)合結(jié)構(gòu)形式或者堆焊結(jié)構(gòu)形式來展開設(shè)計，一定要避免使用成本消耗高的合金鋼材料，從而減少不必要的成本以及材料浪費。第四，如果壓力容器的使用溫度在425～500℃之間，在設(shè)計的過程中不能使用不銹鋼材料，應(yīng)當(dāng)采用合金鋼材料進(jìn)行設(shè)計和處理。而且在對設(shè)計材料進(jìn)行選擇時，必須要根據(jù)壓力容器的工作環(huán)境進(jìn)行全面的分析，比如壓力容器的使用環(huán)境中含有堿性程度較高的介質(zhì)，則必須要避開對碳素鋼材料的使用，以減少因為碳素鋼被堿性物質(zhì)腐蝕后出現(xiàn)安全事故，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)上的損失。

3．2 對壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

對設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是壓力容器設(shè)計過程中的重點工作之一，必須要確保對各方面展開合理的優(yōu)化，并且遵循彈性失效的原則來整改常規(guī)的設(shè)計模式，就能確保避免出現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻的問題，還能有效對塑性失效的情況進(jìn)行預(yù)防，以確保材料的負(fù)荷能力能夠滿足承載能力的需求，避免出現(xiàn)浪費材料和資源的情況。在針對壓力容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計的過程中，必須要針對壓力容器設(shè)備的開口應(yīng)力以及疲勞的特點展開全面的分析和考察，以保障設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性以及安全性。而在對設(shè)備的綜合性能進(jìn)行分析的過程中，一定要建立起合理的有限元軟件系統(tǒng)，確保能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，避免出現(xiàn)應(yīng)力值過大的情況。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中還需要盡量減少壓力容器的壁厚，要確保能夠減少整體結(jié)構(gòu)的重量，從而實現(xiàn)設(shè)計輕型化的目標(biāo)，為優(yōu)化節(jié)能降耗的設(shè)計打好堅實的基礎(chǔ)。

3．3 換熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計

換熱設(shè)備在壓力容器的節(jié)能降耗設(shè)計理念中非常重要，所以設(shè)計人員需要對選型和應(yīng)用等工作進(jìn)行不斷優(yōu)化，確保整體的設(shè)計質(zhì)量能夠得到顯著提升。

首先，要合理地選擇針對性的換熱器設(shè)備，要確保整體性能的完善，并且結(jié)合換熱器的操作特點以及設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境特點進(jìn)行選擇更加科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式。比如利用浮頭類型的換熱器結(jié)構(gòu)能夠針對管束展開更加合理的抽出處理，可以有效提升清洗工作的便捷性，非常適合利用于結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)漏的情況，所以相對來說可能會造成更多材料的消耗，因此并不能隨意使用。或者固定管板類型換熱器結(jié)構(gòu)在使用過程中雖然能夠減少成本，但由于該結(jié)構(gòu)對于環(huán)境溫差的需求相對較高，而且不能進(jìn)行有效清洗，因此壽命也相對較短。所以設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對應(yīng)用情況和環(huán)境進(jìn)行更加全面以及更加嚴(yán)格的分析以及觀察，從而確保設(shè)備的合理設(shè)計。例如可以采用U形管換熱器設(shè)備來減少材料浪費的問題，而且為了能夠完善性能，還需要利用好絕緣材料，避免對設(shè)備的使用效果造成不利的影響。

其次，要確保傳熱元件的應(yīng)用效率，確保換熱效率的提高，還能有效增加設(shè)備的應(yīng)用價值。像是采用波紋管材料能夠在管道內(nèi)部形成價值更高的傳熱模式，從而確保設(shè)備能源消耗量的降低，而且還能讓換熱構(gòu)造結(jié)構(gòu)更加簡化，確保工作可靠性以及有效性的提升，而且還能有效減少設(shè)備的重量以及建造成本，從而確保熱量能夠得到更加合理的傳遞。

最后，要合理應(yīng)用換熱器，因此在使用換熱器的過程中需要融合先進(jìn)的技術(shù)以及設(shè)備來對壓力容器的開發(fā)進(jìn)行協(xié)調(diào)，一定要確保遵循技術(shù)性和應(yīng)用性的原則。比如可以采用螺旋折流板類型的換熱器來讓折流板和殼體的角度呈現(xiàn)出一致性，從而降低殼體的能源消耗。

3．4 對舊設(shè)備的合理運(yùn)用

為了確保在壓力容器設(shè)計過程中能夠有效達(dá)到節(jié)能降耗的效果，可以利用之前的舊設(shè)備來避免材料浪費的情況。可以根據(jù)壓力容器使用年限來適當(dāng)使用臨近淘汰的設(shè)備，對機(jī)械壁厚和焊接質(zhì)量展開檢測，確保能在符合性能的情況下進(jìn)行處理。同時還需要對設(shè)備進(jìn)行腐蝕泄漏處理，從而提高設(shè)備的二次使用價值。

4 結(jié)語

總的來說，在壓力容器的設(shè)計優(yōu)化中需要對設(shè)備的節(jié)能降耗特點和需求進(jìn)行全面分析，并且制定好合理的設(shè)計方案，從而確保能夠提高設(shè)備的節(jié)能降耗效果。