压力容器设计过程中常见问题及防范对策探究

摘要：对压力容器的设计是一个牵涉很多方面知识的过程，在设计期间，设计人

员会遇到各种各样的问题，对相关政策法规理解不透彻和对容器材料的性质不确

定，都会给压力容器的生产和使用过程带来一定的安全隐患。在这种情况下，本

文在对压力容器设计过程中遇到的问题进行一定的分析，明确其中的利弊，减少

相应的损失。

关键词：压力容器；设计；技术问题

中图分类号：S611文献标识码：A

引言

最近几年，我国经济发展的速度十分快，压力容器在我国的使用范围越来越

广，特别是在石油、化工等和经济有关的行业范围内，使用范围更加广泛，占压

力容器使用总数的百分之六十二。压力容器广泛应用于我国工业领域的各个角

落。尤其在石化领域压力容器在其中占据重要地位。压力容器由于特殊的功能性，

稍有不慎可能导致人身、财产损失的破坏性因此被列为特种设备。压力容器建造

安装过程中，压力容器的设计对它的安全断口可靠性有极大影响，甚至可认为压

力容器的设计直接关系社会生产安全和人民生命安全。压力容器的设计是专业性

十分强的设计工作，对设计人员的综合素质和专业素养有很高的要求。从压力容

器的材料选择到结构设计、受力分析、强化措施、制造安装的操作方便以及检验、

使用、维护等等都要全盘考虑，综合设计。然而，在压力容器的设计过程中，许

多生产厂家的设计人员对制造与安装规范或国家标准理解不透，过于依赖计算机

辅助设计，或是在设计中考虑问题不周，过于理想化的设计条件使压力容器的设

计过程产生了安全隐患，影响了压力容器的可靠性，对民众的生命财产安全造成

巨大损失。

一、我国压力容器设计中常见的技术问题

（一）、在对标准容器进行法兰厚度设计的时候，没有严格按照标准进行

依照GB150-1998《钢制压力容器》中对JB4700-4707标准容器法兰中的

详细说明:在对其法兰进行选择的时候，不用进行计算。但是在对由管壳式换热

器和塔节组成的塔器进行设计的时候，必须要对其选择的法兰进行检验，验证其

标准是不是符合《标准》的规定。其实在这样的设计中进行检验的目的是为了对

固定管板的法兰进行计算，从而对整个容器是不是在经受一定风吹和一定地震后

是不是可以实现压力互换，因此要对整个数据过程进行严格的监督。

（二）、压力容器材料代用后的设计更改问题

压力容器的材料在设计中经常会因用户的要求或压力容器的使用工况、使用

条件等改变而改变，对于设计者来说，压力容器的材料变化是牵一发而动全身。

压力容器材料的变化意味着压力容器的受力情况、而腐蚀情况、容器的内应力等

等都发生了改变。通常材料发生改变后设计者都会重新进行受力分析计算，但现

实情况中存在的问题是许多设计者当材料由厚变薄时会很仔细地计算新材料是

否满足压力条件，分析能否承受目应的压力，安全系数是否足够。而当材料由薄

变厚时，许多设计者认为材料的强度增加了，无须重新计算受力。其实当压力容

器的材料由薄变厚时，压力容器的壳体的受力状况发生了改变，容器壁产生多向

拉应力使平面应变成为脆性断裂，这种特性尤其需要压力容器的设计者们注意和

重视。

实际上，注明使用年限和实际使用年限并不一致，注明的使用年限只是在进

行设计时按照各方面的条件对使用年限的一种正常估计，其目的主要是给使用者

建议，在实际对容器进行操作时，有一定的心理准备。在使用年限和设计的年限

接近或者超过的时候，提前采取一定的措施，避免出现突发事故。

（三）、预防应力腐蚀破裂的对策问题

应力腐蚀是一种比较常见的腐蚀现象，经常在不同的腐蚀系统中发生。不过

不论其发生在哪种腐蚀系统中，其发生腐蚀的原因都是一致的，那就是金属材料

在一定腐蚀环境中遭受到长期高温而产生拉应力造成的晶界现象或者穿晶裂纹。

假如裂纹体积慢慢增加超过一定极限的时候，就算是产生的应力还没有超过材料

的承受范围，也会出现大面积的断裂。

经常遇到的应力腐蚀容器包含:无水液氨、碳钢、奥氏体不锈钢、湿H2S和

低合金钢等。一般情况下应力腐蚀系统会产生这样几种类型的拉应力:在对容器

进行一定操作时候的热应力、容器内部压力引起的常规应力和在对容器进行焊接

时候剩下的残余应力。其中焊接操作时候剩下的残余应力是主要部分。腐蚀系统

的材料不一样，可以对其造成腐蚀的标准和条件也不一样，但是只要达到了它们

自身一定的极限，所引起的腐蚀现象、带来的危险和造成破坏的特征等方面是一

样的。

二、低温界限的确定

压力容器破裂一般会发生塑性破裂以及脆性破裂，而低温压力容器主要会发

生脆性破裂。脆性破坏发生时，加载后一般无明显变形，因此破坏前无预兆，断

裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。不难看出脆性破坏的危险性很大。由于这一

破裂现象发生的期间，没有或只有局部极小的塑性变形发生，很难发现其破裂迹

象，目前世界上许多国家都在规范中对低温压力容器材料的脆性破裂做出了相应

的规定，同时也给出了各自的最低温度。我国目前根据实践经验已经得知当温度

在19~0℃时，压力容器按常温条件进行选材、设计、生产是很安全的。所以，

在规范GB150-2011《压力容器》中仍把低温压力容器的最低温度规定为

20℃。

三、压力容器设计过程中的常见问题防范对策

（一）、针对压力容器的设计使用寿命问题防范对策

针对压力容器设计使用寿命问题，设计者在设计过程中应当充分考虑新版

TSGR004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，重视设计使用寿

命的计算与衡量。因此，设计者应当充分考虑影响压力容器设计使用寿命的因素，

并依此科学地提出压力容器的设计使用寿命，保证用户使用压力容器的安全。

首先针对压力容器的腐蚀问题，设计者应当用最大腐蚀速度作为计算依据，

同时通过受力分析与计算，确定压力容器的最大腐蚀裕量确定了腐蚀裕量和腐蚀

速率这两个参数后，就能计算出压力容器的设计使用寿命。其次，设计者应当综

合考虑压力容器的使用环境对压力容器的影响，尽可能模拟最恶劣的使用环境，

并以此为依据判定压力容器的使用寿命。在设计图纸时，设计者为了规避风险，

同时提醒用户正确使用和操作压力容器，应当在设计使用寿命标注的同时注明应

当按照规程操作和使用压力容器。同时针对超过设计使用寿命的压力容器，设计

者应当在设计图纸上注明使用条件，并经常测量容器承力部件的状况、容器壁厚

等参数，并定期年检，以保证压力容器的安全性和可靠性。

（二）、压力容器设计过程中的热处理问题

压力容器设计单位在设计容器的接管时，例如对于直径φ377mmx20mm的

碳钢或低合金钢接管采用无缝管或采用碳钢或低合金钢卷制，虽然都可以满足设

计要求，但用碳钢或低合金钢板卷制接管时却忽视了设计规程中要求的成型后的

热处理要求，因此导致接管设计不符合要求，存在安全隐患。钢板冷卷后，晶粒

发生破碎、歪扭，由于冷作硬化，钢材的强度和硬度上升，而塑性下降，钢板越

厚，直径越小的筒体冷卷后变形率越大，冷作硬化程度越大，钢板的内应力也越

大，塑性大幅度下降，甚至有产生裂纹的可能，这将严重威胁到设备的安全运行。

同时对于超厚的钢板冷加工后应当增加再结晶退火工艺，以增加钢板的强度、硬

度和塑性。

结束语

在对压力容器进行设计的时候，一定要严格按照相关设计的法律法规展开设

计。与此同时，设计者还要遵循这样一个设计准则:设计必须满足一定的设计标

准和安全需要，同时又可以降低一定的资本投入。在对压力容器进行实际操作时，

经常会出现设计人员对法规不明白的地方，因此，设计人员必须对相关法规进行

学习，不断提高设计人员的业务能力，满足压力容器设计对工作人员的要求。

参考文献

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油和化工设备,2022(9).

[2]马炳贤.压力容器设计若干技术问题解析[J].硫磷设计与粉体工程,2011(6).