关于压力容器设计中的问题及控制措施

摘要：随着我国工业化建设不断深入，压力容器已广泛的运用于各领域中。压力容器的有效运行与其设计质量有重要的关系。本文针对在压力容器的设计过程中如何提高设计质量，避免发生重大损失，提出相关建议。

关键词：压力容器设计 问题研究质量控制

中图分类号：TH49 文献标识码：A

一、压力容器设计

在压力容器设计时，要根据设计压力、温度、介质特性等一系列参数合理选择材料、进行有效的受力分析和计算、确定容器的壁厚和直径等。所以，在实际的设计过程中，选择参数要合理，计算要准确，做到设计的流程标准化和精准化。

分析设计要求的各项参数指标。在进行设计之前，对于参数的有效分析，是容器质量保障的关键。通过合理的数据分析，保障设计所用的材质符合设计的要求。同时，通过合理的参数分析，可以把握好各项容器的设计标准，避免了设计参数不达标的问题出现。对于容器的受力情况的精准计算是容器设计质量的一个关键保障。压力容器应具有良好的受力结构，以保障其工作安全的运行。在容器壁上的各个口径、支座等部件的设计时，要保证其罐体的均匀性，注意其罐体的局部受力情况。

二、压力容器设计中容易忽视的问题

在压力容器的设计过程中，有些重要的问题容易被忽视，从而造成容器质量上存在诸多的安全隐患，影响设备的设计质量，使得设备在实际的使用运行中出现非常严重的安全问题。

（一）材料的问题

在压力容器的使用过程中，对压力容器的承受力有着严格的要求。压力容器的材料用钢需要根据设计的需求，对钢材的诸多的纹理性质进行有效的加工改造。在实际的设计中，为了让压力容器能够承受较高的压力，会相应的增加所用钢板的厚度，来提高其抗压能力。但在设计过程中，如果一味的追求压力容器的抗压能力，也是不对的。化工用钢材的选用除考虑设备的设计压力、设计温度、介质特性、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构外，还需要考虑其经济合理性。盲目地提高钢板厚度是错误的。

1.当设计压力较高、结构尺寸较大而使设备壳体壁厚较大时，如壳体材料仍选用碳素钢（如Q235）将导致壁厚增大、质量增加，不仅多用金属材料，而且会导致制造、运输、安装、土建基础等的费用提高，因而提高了总的工程造价。—般在以强度控制为主的情况下，当壳体壁厚超过8mm时，应优先选用低合金钢。当设计压力较小、直径较大、以刚度控制或以结构设计为主时，应尽量选用普通碳素钢。

2.HG/T20581—2011钢制化工容器材料选用规i蛰中第5.1.2条“同时符合下列条件的高温压力容器主要受压元件用钢应按炉罐号，复验设计温度下的屈服强度值，其值不得低于相应许用应力值的1.6倍（奥氏体钢为15倍）。包括：设计温度大于300℃；设计压力大于1.6MPa；钢材厚度大于等于20mm：钢材主要截面以承受一次薄膜应力为主，且其厚度取决于强度计算的结果。

（二）法兰问题

我国在法兰设计上制定了严格的标准规范，对各种法兰都有非常具体的严格要求。在进行压力容器设计时，由于设计者疏于对法兰的使用，不能严格的按照设计标准进行法兰的有效选择，从而导致法兰选择不合理，比如在使用过程中，法兰变形、泄漏等，严重影响了设备的使用寿命。而且从压力容器的受力情况来看，不同类型的法兰，其受力的侧重点是不一样的。因此，设计者应该准确的选择法兰的类型。在选择标准设备法兰时，首先应根据压力容器的介质特性、温度、压力来选取相应的法兰材料、压力等级及法兰型式等。材料的选取要在整个容器选材时统一考虑，尤其在进行压力等级选取时，一定要按照标准法兰的最高工作压力，注意相应的适用范围和附加要求。

（三）分气缸的设计问题

在进行分气缸设计时，容易忽视分气缸的出气口和进气口之间的有效距离。在设计的过程中，应根据具体的工艺参数，确定两者之间的距离是十分重要的。另外合理控制好分气缸的开口和环焊缝之间的距离也是十分重要的。应避免在焊缝处开孔，并保证两者之间有一定的距离，以减小局部应力的影响，进而保障分气缸的正常工作。对于分气缸的支架铺设，不能随意确定支架的位置，要根据设计需求，合理设置，尽量加强支架的稳定性。

（四）储气罐的设计问题

对于储气罐的设计，对其罐体的材质有着很高的要求，要选择合理的钢材来满足其抗压的需求。切忌过于追求压力容器的抗压能力，而忽视了材质的选择。同时，在设计的过程中，要充分的考虑储气罐的罐体长度和直径之间的关系，尽量把两者之间的比值控制在设计的要求范围之内，不能过于的追求罐体的直径。

三、解决压力容器问题的措施

1.材料的选择。在材料选择方面，除需要考虑材料的耐蚀性及足够的强度和刚度外，还应考虑其经济合理性，通过选材合理，来降低材料厚度，减少生产成本。另外，良好的稳定结构可以很好的避免抗压力不足或泄露带来的事故。

2.法兰的选择。基于法兰的规格具有严格的规范性，因而在设计时需要注意不同结构部位的法兰选择，因为不同规格的法兰，其受力的情况存在较大的差异。在选择标准法兰时，除根据设备的设计压力、温度及介质特性进行选择外，还应考虑法兰的最大允许工作压力，避免因未考虑法兰的最大允许工作压力而导致法兰选择等级过低，影响设备的安全使用。在选用《压力容器法兰》（JB/T 4700-2000）标准中的设备法兰时，应注意以下几个方面：第一，《压力容器法兰》（JB/T 4700-2000）3.2对法兰的腐蚀裕量有最大腐蚀裕量的要求，即“本标准中乙型法兰的适用腐蚀裕量为不大于2mm，当腐蚀裕量超过2mm但不大于3mm时，应加厚短接厚度2mm。长颈对焊法兰的适用腐蚀裕量不大于3mm。”在设计过程中，当压力容器腐蚀裕量超过上述适用的腐蚀裕量数值时，往往因为没有注意到这一条而直接选用了标准法兰。第二，《压力容器法兰》（JB/T 4700-2000）6.5.2规定：与长颈法兰相连接的圆筒厚度应不小于JB/T4703中规定的对接筒体最小厚度δ0，且筒节长度不小于（DNδ0）1/2。当对接圆筒厚度小于最小对接圆筒厚度时，应按JB 4703中表3要求调整法兰总高度H（其他尺寸不变），并连同法兰厚度在标记中标明。JB/T 4703中给出了最小对接圆筒厚度，当长颈法兰与小于该最小厚度的筒节对接时，通过计算与较薄筒节对接时长颈法兰需要加长直边段长度以增加法兰的强度，来满足与较薄筒节对接要求。第三，《压力容器法兰》（JB/T 4700-2000）6.6.1.2规定：对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100％的射线或超声检测，检测方法按JB/T 4730进行，射线检测Ⅱ级合格，超声检测I合格。

3.对于分气缸中的问题，主要需要加强出气口和进气口之间的距离控制，在进行设计的时候，需要基于其用途进行合理的计算，这样才能精准地设计其两者的距离。

4.在对于储气罐的设计中，要特别注意储气罐的材质选择和尺寸设计。尤其对于储气罐的罐体直径和长度之间的比值，需要合理的控制在设计的要求范围之内，同时在设计的过程中需要合理的考虑罐体的实际使用性能。

四、结语

综上所述，我们可以清晰的知道在进行压力容器的设计时，有诸多的关键技术不能被忽视掉，诸如材料、法兰等问题。而且通过上述的系统论述，可以有效地防止一些不该出现的错误发生，规范压力容器的设计，提高科技人员的设计水平。