关于压力容器设计的分析

摘要：本文阐述了压力容器的特点，介绍了压力容器的设计要求，分析了压力容器设计的常见问题，提出了相应的对策。

关键词：压力容器；设计；分析

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

压力容器的设计是一项复杂且系统的工作，影响因素也相对较多，从而很容易在设计过程中发生一些问题，为了确保压力容器的质量，设计人员应认真分析导致这些问题发生的原因，并采取相应的对策加以解决。只有确保压力容器的设计质量，才能真正制造出质量合格的优良设备。

1 压力容器的特点

所谓的压力容器具体是指盛装液体或气体并能承载一定压力的密闭设备，较为常见的压力容器有反映容器、贮运容器、分离容器等等。无论何种类型的压力容器基本都具有以下特点：其一，产品设计专业性加强。压力容器的设计与一般机械类产品的设计有所不同，设计人员在应用各种软件进行产品设计时，既要求其熟练掌握计算机技术，还要具备化工设备的相关知识，这样设计出来的产品才更符合使用要求；其二，制造工艺多样性。由于压力容器的适用范围较广，在很多行业中均有所应用，如制药、饮食、化工、冶炼、石油等等，这就造成了压力容器品种繁多的现象，即便在相同类型的产品中，有时也会因特殊原因或客户需求导致产品上存在一定差异，而产品结构的不同，引起制造工艺的多样性；其三，产品综合性较强。压力容器产品在设计制造过程中，需要涉及机械加工技术、冶金技术、无损检测技术、安全防护技术、防腐蚀技术等等，是一种涉及诸多学科的产品，这就导致了产品在设计制造过程中必须由多方协作来共同完成，以确保产品质量。

2 压力容器的设计要求

就石油化工企业而言，由于其生产过程较为复杂，如果任何一台设备发生故障，都会在一定程度上影响产品质量，严重时则会造成停产。压力容器作为石油化工企业产品生产中较为重要的设备之一，它的设计应满足以下几方面的要求：其一，应确保能够完成工艺生产。用于石油、化工产品生产中的压力容易应具备承担整个生产工艺过程中所需的温度、压力和结构；其二，应具备较高的运行安全性和可靠性。在化工产品的生产过程中，其使用的主要原料通常具有较强的毒性和腐蚀性，并且极易引起火灾事故，严重时甚至会发生爆炸。而压力容器在运行时，容器内部常会储存一定的能量，一旦容器本身遭到破坏，这部分能量将会在极短的瞬间释放出来，它的摧毁力相当之大。此外，化工产品的生产过程讲求的是连续性，如果压力容器出现故障时，很有可能危及到其它装置的安全，从而引起连锁性破坏。因此，这就要求在设计压力容器时，不但要保证容器内部各个承压部件都具备较高的稳定性、刚度和强度，同时还应满足在不同工况下的均能安全可靠运行；其三；预定的使用寿命。腐蚀是导致压力容器使用寿命缩短的最主要因素之一，尤其是用于石油化工生产中的压力容器更易受到原料的腐蚀，一旦容器遭受腐蚀后，内壁则会变薄，腐蚀情况严重时有可能造成内部烂穿。为了确保压力容器的使用寿命，必须在设计时充分考虑附加腐蚀裕量。对于需要盛装强腐蚀原料的压力容器，应在设计时选用耐腐性强的材料，或采取相应的防腐蚀措施，以此来达到容器所要求的使用年限；其四，应便于制造、检验、安装、操作和维修。在容器设计过程中，提出以上几点要求的最终目的是为了确保产品的安全性，这是因为架构简单的容器，在制造和探伤时都比较容易，其质量也能得到相应保障，即便在制造过程中产品存在一些超标问题，也可以及时发现并便于清除。

3 压力容器设计的常见问题及解决对策

3.1 压力容器的造价问题

在压力容器的设计过程中，成本造价一直以来都是困扰设计者的主要问题之一，影响压力容器成本造价的主要因素是结构尺寸和材料。由于有些行业对容器的使用要求较高，如果选择价格较低的材料虽然可以降低成本，但却有可能无法满足客户的使用需求，这就给容器设计带来了很大难度。笔者认为解决这一问题可采取以下对策：其一，在满足压力容器使用的前提下，若选择不同的壳体尺寸，能够获得不同的设备质量，在不同的壳体尺寸选取一个最佳的组合，可以使容器质量达到最小，这样便可以降低成本造价；其二，当压力容器的设计温度低于-20℃时，且处于低温低压力工况的条件下，则无需按照低温压力容器的规定进行设计，这样就可以不必选择价格较高的低温用钢，设备造价自然会有所降低。

3.2 法兰设计问题

在压力容器中，法兰是比较重要的组成部分，对于压力容器法兰的标准也有着详细的规定。但在实际设计中，时常会遇到这样的问题，即设备压力和直径超出法兰的范围标准，这时就需要重新设计法兰的结构尺寸，并计算其应满足的强度要求，也就是我们通常所说的非标准法兰的设计。此时问题就出现了，通过软件计算后，虽然法兰的强度满足了设计要求，但在实际生产制造过程中及安装时，却发现法兰不合理，有的甚至无法满足正常使用要求。针对这一问题可采取以下对策加以解决：其一，应根据国家相关标准的规定进行非标准法兰尺寸的设计，在实际设计中，应确保扳手具备足够的操作空间；其二，由于高压力容器的螺栓一般比普通压力容器的螺栓要大很多，当其直径大于64mm时，应按照HG/T21573-95中的相关标准确定液压拉伸器的空间，以此来确保螺栓能够上紧；其三，设计时应充分考虑腐蚀裕量的计算；其四，因碳钢及合金钢等构件的许用应力较同种材料的板材低，所以设计时法兰小端的厚度应比连接位置的封头及筒体板材厚2-3mm。

3.3 压力容器设计中的腐蚀问题

在压力容器的设计过程中，腐蚀是一个较为复杂的问题，大多数压力容器的损坏都是由于介质腐蚀造成的，所以容器的防腐蚀措施已经成为其设计过程中，必须重视的问题。然而，有些设计者为了降低容器的制造成本，选择一些防腐蚀性能较差的材料进行设计，这就造成容器本身的防腐蚀性能较差，运行一段时间后，有些设备则在介质的腐蚀下出现问题，影响设备的正常使用。解决这一问题可采取以下对策：其一，在设计时应充分了解设备在生产操作方面的技术要求以及工艺条件，并以此为依据进行容器防腐蚀设计；其二，应避免采用容易引起应力腐蚀、电偶腐蚀、冲刷腐蚀等腐蚀破坏的结构；其三，设计时应尽量避免出现死角，以此来防止沉淀腐蚀的情况发生；其四，在容器底部位置应进行残留液体排除设计，防止液体残留造成容器腐蚀。

4 结束语

近年来，随着我国经济水平的不断提高，推动了石油化工企业的发展，压力容器作为石化企业生产过程中重要的设备之一，其也得到了越来越多的应用。由于石化企业产品生产具有一定的特殊性，使得其对压力容器质量的要求相对较高，而压力容器设计是确保设备质量中的关键环节之一，一旦设计出现问题势必会影响设备质量，从而为设备运行埋下安全隐患。拒不完全统计，我国每年因压力容器质量不过关引起的生产事故，在整个生产事故中占有相当高的比例。因此，为了确保压力容器的质量，必须重视压力容器的设计过程。

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