浅探压力容器设计的几个问题

摘 要：压力容器在设计、制造、检验等环节都必须采取有效的控制手段。本文对压力容器的设计、制造、检验及管理等诸方面进行了研究并提出了相应的处理意见。本文对设计中的问题和改进措施进行探讨，使业内人员在压力容器设计、制造、检验等环节上能够正确运用，提高工作效率。说明了压力容器的设计必须遵循有现行设计规范，对设计压力容器有指导意义。

关键词：压力容器 设计 问题及措施

一、压力容器设计涉及到的几个问题

1.压力容器的设计使用寿命问题

受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，压力容器的设计使用寿命问题一直没有得到应有的重视。事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素，主要有：材料的力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性； 腐蚀裕量中包含的设计寿命因素；载荷如周期性载荷等的时间性；违规操作或恶劣环境等非正常因素。因此，正确的设计途径应是：设计者在确定容器设计使用寿命的基础上，充分地考虑以上四个因素的影响，合理地选择材料、确定腐蚀裕度、提出制造、检验和操作要求等等。

GB150-2011《压力容器》和新版《压力容器安全技术监察规程》都明确了设计单位在确定压力容器设计使用寿命上的责任。应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，其作用是提醒使用者，当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚度和缩短检验周期等。

压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了设计者的经验和水平。应在图纸上标注压力容器的设计使用寿命，这样做才能真正体现对用户和对设备安全高度负责的精神。

2.压力试验的免除问题

压力试验免除的后果是减少了压力容器制造过程中的一个检验环节，当然需要采取相应的补救措施以保证压力容器的质量和安全。所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一般性的措施如下：提高对压力容器材料的要求：即提高其化学成分、力学性能和检验的要求；提高结构设计的要求：即尽量采用全焊透接头、避免出现严重的几何不连续现象；提高无损检测的比例和级别；提高容器的超压泻放的能力。

压力容器设计制造中的设计压力主要是针对于容器的各个腔体，是容器检验要求、确定试验压力和选择材料、划分类别、提出制造等的重要依据，也是确定各个容器受压元件计算压力的主要依据。压力试验是设计者需要重点考虑的问题，是否可以免除以及免除后应采取哪些措施也是设计者需要重点考虑的问题。事实上，压力试验的免除仅仅针对那些不可能进行压力试验的现场组焊的大型压力容器，如：催化裂化装置中的有隔热层的大型反应器和再生器以及那些基础不能承受液压试验时水的重量的压力容器等等。也就是说，压力试验之所以免除，是因为这些容器或者不具备做压力试验的条件，或者根本就不允许做压力试验。总之，免除意味着不能做而不是不去做，因此不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行压力试验的依据。需要说明的是，这里的压力试验系指耐压试验。

3.压力容器的定期检验问题

压力容器的定期检验是指特种设备检验机构按照一定的时间周期，在压力容器停机时，对在用压力容器的安全状况所进行的符合性验证活动。压力容器一般于投用后3年内进行首次定期检验。安全状况等级为1、2级的，一般每六年检验一次；安全状况等级为3级的，一般每3年至6年检验一次；安全状况等级为4级的，监控使用；定期检验过程中，使用单位或者检验机构对压力容器的安全状况有怀疑时，应当进行耐压试验。

二、对压力容器日常设计中的问题采取相应对策

1.对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍JB/T4700-2000中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝的检测难题。对长颈法兰，只要工作压力小JB/T4700-2000规定的相应温度下的最大允许工作压力即可选用，并不做别的任何技术要求，这种做法是错误的，这是由于：长颈法兰直边段与对接圆筒的环焊缝不但承受着圆筒中由内压引起的轴向薄膜应力，并且还承受由法兰力矩引起的轴向弯曲应力。

长颈法兰的最大应力普遍发生于锥颈小端，即直边段与法兰锥颈的连接部位，其轴向弯曲应力已达到1.5[σ]tf。故在直边段端部的轴向弯曲应力仍接近于1.5[6]tf，加上由压力引起轴向薄膜应力0.5[σ]tf，则该截面处的轴向总应力可接近2[6]tf，达到对接圆筒中的轴向应力（0.5[σ]tf）的4倍。为此一定增强对该连接环缝的检测，将长颈法兰与圆筒的连接环焊缝与普遍圆筒的环焊缝相区别。

法兰设计中，对轴向弯曲应力是按许用值1.5[σ]tf进行控制的，此中不计焊缝系数，即认为焊缝系数等于1。为此一定对上述环焊缝按系数等于1的要求进行100%的检测。

2.整体法兰锥颈高度取值的误区

在用SW6-1998软件进行整体法兰计算时，要求输入锥颈高度h，有很多设计人员将（H-δ）作为锥颈高度输人，这是错误的，正确的做法是按JBT4703-2000中h的值输入，造成这种误区的原因是JB/T4703-2000标准的视图中还包括直边段。

3.塔器设计中，裙座与筒体连接段长度的正确取值

在塔器设计中，此中有一项要求输入裙座与筒体连接段长度，其实该连接长度主要针对裙座较高，且裙座与筒体材料不一致而言的，设立该连接段不但中从经济角度出发并且是为满足其焊接性能。

4.压力容器与安全阀之间的连接管的璧厚难题

在安全阀设计中，一般根据《容规》相关公式计算出安全阀最小流道直径（阀座喉径），再联合容器内介质确定安全阀的规格型号，并确定与安全阀连接管的规格型号。由于此刻管子内径Φ15mm已小于经过计算的安全阀喉径Φ15.85mm，显然安全泄放装置已起不到应有的作用，应将压力容器与安全阀之间的连接管和管件的通孔，其截面积不得小于安全阀的进口截面积，选用Φ25×4.5的接管。

5.开平板的应用难题

GB150中应用的是GB3274《碳素结构钢和低合金结构钢热扎厚钢板和钢带》表中的Q235-B钢板，而GB3274中的Q235-B钢板包括开平板和原平板，故开平板也可以用在压力容器上，但其标注方式不一样，如8mm厚的钢板，单扎钢板标注为δ=8mm，开平板标注为7.x（x=1，2，3…9），但开平板偏差比单扎钢板规定还严格。

开平板的内应力较高，所以尺寸稳定性较差，但钢板出厂的划分标准一般按抗拉强度、常温屈服点及各种化学成分划分的，开平板的内应力一般不在考虑范围内。开平板大概有冷作硬化的倾向，在焊接时会有较大的焊接变形，很难调整，因此对表面质量要求较高的部件不可以应用开平板，且开平板的厚度一般在6～12mm。故在压力不太高，对容器表面质量要求不太严格的压力容器上选用开平板并不违反相关规定，且较为经济。

三、 结束语

工程设计人员本着“质量为本，安全高效”的原则准确输入数据，这样才气确保所设计产品的结构合理，性能安全、经济，符合相关规范。

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