浅谈当代压力容器的制造

摘要：压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备，随着社会的不断发展与进步，重视压力容器现代技术进展具有重要的意义。

关键词：技术压力；容器；设计

1、引言

压力容器是一种应用广泛的重要工程装置。大型压力贮罐、氨合成塔、尿素合成塔、石油加氢反应器、导弹壳体和液氢、液氧燃料压力容器，以及核堆压力壳等是国际上公认的高科技重大承压装备。纤维复合材料和普通钢制是当今世界压力容器技术的两大种类。它的主要作用是为在一定的压力、温度和易燃、易爆、有毒介质的条件下对特定物质进行加工和处理的特种设备。一旦其质量出现问题，将连带着大规模安全事故的发生，对个人和企业存在不可估量的高危险系数。因此在容器设计中应充分考虑此因素，把握好每一个影响容器寿命的细节，确保品质优良。

2、.技术先进的压力容器的“多功能”特性

（1）自我抑爆或抗爆。压力容器发生爆破将带来极其严重的破坏后果。所以，压力容器不论大小和厚薄，其壳体均应具有在工作压力条件下即使发生严重裂纹扩展，也具有自我抑爆或抗爆的功能。

（2）继续保持暂时工作的能力。压力容器设备即使因内部介质发生泄漏而引发突然紧急停车或停用，不论对大型化工或能源生产过程，还是对小型车用燃气贮存系统，都将带来严重的后果。所以，作为压力容器，即使发生严重介质泄漏时，其壳体结构也应具有继续保持暂时工作状态的功能，为作出较为妥善的安全处理赢得时间。

（3）自动收集泄漏介质。压力容器设备由于各种原因易发生内部介质严重泄漏的事故。为防止因泄漏而引发燃烧、爆炸、中毒等严重后果，作为压力容器设备的壳体结构，也应具备自动作出收集泄漏介质，并自动作出适当安全处理的功能。

（4）尽量减少焊接和整体精密机械加工。大量的焊接工作和整体大型精密机械加工，以及因焊接而引起质量检验与整体热处理的要求，是使压力容器设备形成制造缺陷和显著增加制造成本的基本因素。因此，壳壁结构减少焊接，尤其是纵向与环向的深厚焊缝，以及整体大型精密机械加工的特性，将可使压力容器带来成倍提高制造工效和显著降低成本的突出效果。

（5）实现经济可靠全面的在线安全状态自动监控。任何压力容器始终潜在因腐蚀、疲劳及韧性恶化等原因而引发的突然断裂破坏的危险。所以，作为压力容器的壳体结构应能具备自我抑爆和实现经济可靠的在线安全状态，包括内壁的腐蚀状态及时自动报警监控的功能。从长远发展观点看，实际上这比采取其他安全技术措施要彻底和有效得多。

（6）具有足够的强度和刚度。压力容器应满足设计工况下的静压强度、刚度、温差应力、疲劳强度、断裂韧性、介质腐蚀作用及其安全裕量等方面的要求，且受力静定。现有国际上各种压力容器的壳壁均仅具有这些功能。这些功能只是压力容器的最基本的功能。

3、压力容器的设计和主意事项

3.1正确分析设计条件及该设备的工作状况。由于工程所在地点不同，而全国各地的气候条件千差万别，设计时应充分考虑工程所在地的环境。如同样一个设备，相同的工艺生产条件，在海南省境内不需要保温设施，而在黑龙江省则需要可靠的保温设施。

调整后的设计温度不高于-20℃时，压力容器选材（包括其焊接接头的冲击试验温度）、设计、制造、检验要求均按调整后的设计温度来确定。当调整后的设计温度低于0℃而高于-20℃时，压力容器选材及其焊接接头除进行低温冲击试验（取试验温度等于设计温度）外，其余不必遵守低温压力容器的规定。

当调整后的冲击试验温度高于或等于0℃时，受压元件的设计、选材、结构、制造检验等均不必遵守低温压力容器的规定。在以上低温容器的设计过程中，材料选用非低温用钢16MnR即可满足标准规范的要求，既降低了设备的制造成本，又经济合理地达到了设备的使用要求。

3.2压力容器的设计方法

（1）常规设计。常规设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在应力分析方法上，是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题。所有类型的应力采用同一的许用应力值（通常为1倍许用应力）；为了保证安全，通常采用较高的安全系数，以弥补应力分析的不足。

（2）分析设计。随着压力容器参数的增高，高强度钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难于解决，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力。为了适应压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决这些问题。分析设计弃了传统的弹性失效准则，采用了弹塑性或塑性失效准则，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。我国的分析设计的标准为JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》，是以第三强度理论即最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。

4、压力容器技术发展趋势

（1）标准和规范国际化、一体化。受经济全球化趋势的影响，压力容器产品也将在国际上实现流通贸易。首先压力容器产品的设计制造所依据的标准规范必须为各方所认可，其前提是各国参与技术交流、标准制定，而近年来这方面的工作已得到开展。

（2）压力容器领域里计算机技术的应用将得到全面发展与完善。主要体现在以下几个方面：压力容器设计；应用计算机技术开发出的压力容器设计软件程序，能够获取设计过程中所要的设计参数、结构优化、应力计算、材料选用等。压力容器制造；模拟压力容器的制造过程，焊接过程中的残余应力及其设备组装过程，还可仿真所设计制造的压力容器工作原理、运动过程。缺陷检测，应用计算机技术的先进检测方法有计算机射线实时成像、超声扫描模拟成像以及多通道声发射技术，配以专门研制的专家系统和人工智能系统，实现缺陷识别的自动化和智能化，结果更加客观准确

（3）以信息技术和新材料技术为基础的先进再制造技术在过程工业领域的应用将会有极大的发展，特别是在已有的过程装置的运行中将有所作为，并为过程装备逐步过渡到新一代产品的转型提供技术保证。

5、结语

压力容器的设计必须遵循现行设计规范，同时设计者应在满足设计任务及目标要求的前提下提出最佳的设计方案，使其满足功能需要，安全可靠，节约成本。在压力容器的设计、制造、检验过程中。经常会有一些对压力容器的法规、标准、规范理解不透彻的地方，因而会出现很多像上述例子的错误。对此，我们应不断地分析、总结、学习。同时，同行业应吸取经验和技术交流，熟悉各项标准、规范，才会尽量不犯原则性的错误，我们的业务水平才会不断提高。

参考文献：

[1]朱国辉，郑津洋.新型绕带式压力容器[M].北京：机械工业出版社，2010

[2]刘彩梅.压力容器制造质量控制.科教创新导报，2010.

[3]齐和庆.压力容器质量问题分析.德州学院学报，2011.