关于化工压力容器设计相关问题的分析

摘 要：在当前我国经济快速发展过程中，化工事业取得了较快的发展，在化工企业生产，化工压力容器应用较为广泛，已成为化工企业发展的重要设备。化工压力容器由于其工作环境具有特殊性，再加之压力容器自身的特点，在应用过程中存在较大的安全问题，给人民群众的生命财产带来较大的威胁。因此为了确保化工压力容器的安全性和可行性，则需要加快对压力容器设计方式的改进，从而更好的促进我国化工事业的健康发展。

关键词：化工企业；压力容器；设计；选材；设计方法

由于化学和石油生产行业的生产过程具有复杂性，压力容器作为化工企业主要生产设备，一旦在生产过程中发生事故，不仅会对产品的品质带来较大的影响，而且还会危及人身安全。所以在压力容器设计时不仅需要确保压力容器的结构和规格要满足生产工艺流程的要求，而且还要确保内部结构要具有较好的合理性。同时在压力容器设计时还尽量在做到对结构进行优化，确保制造成本和维修费用的降低，确保压力容器制造费用的最小化。同时还要便于维修、操作、安装、检验及制造。压力容器还要确保其运行时是具有较强的稳定性和安全性，避免压力容器储存物料过程中内部能量过大而导致爆炸事故的发生。由于化工企业物料通常都具有较强的毒性和腐蚀性，所以在设计时需要对容器壁厚进行考虑，在厚度设计时需要充分的考虑容器的工作环境和业主要求，确保化工压力容器能够达到预期的使用寿命。

1 压力容器设计时选材原则及依据

压力容器设计选材是一项非常重要的内容，在具体材料选择时需要严格依照相应的设计要求和标准进行，在设计过程中还要遵循相应的选材原则和依据，确保设计水平的提升。

（1）在对压力容器选材时，由于相同的工程设计下使用的材料具有统一性，所以在选择时需要考虑材料的来源、价格、性能、耐腐蚀性、力学特性及容器的应用条件等。

（2）在压力容器的钢材料选择时，特别是对于作为承压元件的钢材料要确保其具有较好的焊接性能，成型性、高韧性及较大塑性储备。

（3）压力容器在设计时需要遵循的原则。1）在压力容器设计时，如果设计的是普通碳素钢压力容器，确保板厚度在8mm以上时则可以选择普通的低合金钢；2）设备的设计需要以强度作为主导时，则选择钢材料型号时则需要与介质特点、设计温度和设计压力等应用限制充分的结合，同时在压力容器相关的要求下选择适宜的钢材型号；3）在压力容器设计时，如果是以结构与钢度作为主导，则受压壳体选择普通的碳素钢即可；4）对于设计的容器在运行过程中需要承受超过500℃的高温或是有铁离子污染、强腐蚀性时，则需要选择不锈钢作为压力容器的主材；5）当压力容器设计温度为250℃以上时，宜选择高压高温抗氢用钢，而当设计温度在350～550℃之间时，选择铬锢低合金钢具有较好的适宜性。

2 化工压力容器的设计方法

压力容器作为一种特殊的装置，其与人们的实际生产生活息息相关，这就对压力容器的设计提出了较高的要求。在压力容器设计过程中，需要选择适宜的压力容器设计方法，不仅需要满足压力容器常规设计要求，同时可能会依据应力分析设计要求。要求设计者要根据实际的情况，依据自身丰富的经验，从而选择适宜的设计方法。

目前在压力容器设计过程中较为常用的设计方法即是常规的方法，这种设计方法不仅较为简单，而且易于实施，在设计过程中依据自身的经验，同时依据弹性失效准则作为其理论基础。这里所说的弹性失效准则即是化工压力容器某个最大应力点到达屈服极限时会进入到塑性状态，从而使其失去了纯弹性状态。在化工压力容器设计过程中，需要以应力分析方法作为基础，通过简单计算板壳薄膜和材料力学理论，在计算过程中，只针对一次性施加的静力载荷处理，不兼顾热应力、局部应力和边缘应力，同时也不对交变载荷下的容器疲劳寿命等情况。但在设计过程中，为了确保化工压力容器具有较强的安全性，往往所采用的安全系数较高，在设计过程中任何种类的应力都实施相同的应力值，从而有效的弥补了应力分析的缺陷。

压力容器还具有温差应力和局部应力，特别是在局部应力下，当材料达到屈服极限时，容器的较大范围还处于弹性状态下，这就导致已屈服的局部范围会受到周围弹性区域的制约，有效的对其变形量进行控制，有效的避免了压力容器失效情况的发生。这种情况下，应用常规设计方法很难实现，但在当前计算机技术快速发展的新形势下，部分软件的功能得以增强，所以分析设计这类压力容器的设计方法应运而生。在分析设计方法下，其是以弹塑性失效准则、塑性失效准则为该方法的理论基础，通过对弹性应力进行分析，从而计算压力容器的应力，并依此来对压力容器的应力进行控制和分类。尽管分析设计方法较为复杂，而且所花费的时间也较多，但有效的确保了压力容器安全性的提升。特别是在当前压力容器参数不断增高的新形势下，高强钢的应用、现代化试验和计算技术的采用，有效的解决了压力容器设计中存在的一些问题。在分析设计方法下，压力容器局部塑性范围得以有效的控制，对计算应力的要求有所降低，有效的确保了压力容器结构的安全性。

在当前压力容器设计时，需要对最大剪应力理论进行充分的考虑。在最大剪应力理论中，其指明不管材料处于怎样的应力情况下，只要最大剪应力能够实现材料屈服最大剪应力值，则材料就会存在屈服破坏。所以在分析设计方法需要对压力容器应力进行分类，从而明确其安全系数，确保产品的经济性和安全性。

3 结束语

在化工压力容器设计时，设计计算、选材都需要严格遵循设计的标准进行，同时设计人员还要通过对比，采取最为理想的设计方案，确保设计出来的压力容器能够满足稳定性及安全性的要求，同时在满足压力容器相关规范和标准要求的前提下，尽可能的降低费用，确保设计的经济性，从而更好的促进化工行业的健康、有序发展。

参考文献：

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