压力容器设计问题及解决途径

摘要：压力容器有着十分广泛的用途。它是在能源工业、石油化学工业、军工和科研等国民经济的每个部门都有着重要作用的设备。在投入运行压力容器前，其要通过设计、制造、安装、检验、监督运行和维护等若干个环节，在这其中尤为重要的一个环节就是设计。在压力容器的设计、制造、检验当中。由于没有理解透彻压力容器的标准、法规、规范的某些地方，导致出现了很多失误。因此，本文现围绕压力容器的设计思路和解决措施展开了分析和探讨。

关键词：问题研究；设计；压力容器

中图分类号：TH49文献标识码： A

压力容器是特种设备，所谓的特种设备就是包括有对人民的生命安全的涉及，以及危害性比较大且可能会出现爆炸危险的设备。若是特种设备发生了破坏，就可能会对我国的人民生命安全以及财产带来难以预算的损失。在安全监察制度方面，国家为了保证压力容器这种特殊设备可以安全进行运行，减少预防事故的发生，制定了许多的制度和规范。在进行制造压力容器时制都应当必须严格的去遵守国家所颁发的安全监察制度。

1、压力容器的重点

压力容器投入运行之前，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等许多的环节，其中一个十分重要的环节就是设计，遵照某一实用的规范和标准。根据我国标准化法的规定，标准可以划分为国家、行业、地方以及企业的标准。为了适应制造、设计及检验各个方面的发展压力容器的标准和规范，一定要定期对其进行审查和修订。

2、压力容器设计

2.1压力容器的设计要求化学、石油产业的生产过程非常复杂，产品的质量会受到设备生产工艺过程之中的任何设备的问题影响，当中生产不能继续进行，严重的话还会危及人身和设备的安全。一般石油化工用压力容器需要满足以下几点的要求：

（1）保证完成工艺生产。石油化工压力容器要能够承担所要求的温度、压力及具备工艺生产所要求的规格，比如直径等和结构；（2）预定的使用寿命。会对石油化工用压力容器的使用寿命产生影响的主要原因是由于壳体结构材料受到化工物料的腐蚀，导致容器器壁被减薄甚至穿透，故在进行容器的设计之时一定要注重附加腐蚀裕量从而保证并满足其使用年限的要求。（3）运行安全可靠。化工生产的物料通常是有着强烈的毒性、腐蚀性，易燃烧并引起火灾，严重的会发生爆炸等事故的发生，通常压力容器工作的时候内部会储存一定的能量，若是发生破坏，容器内部储存的能量就会很短的时间内被释放出来，有着非常大的摧毁力。（4）经济性。设计压力容器，应当要使制造方便、重量轻、结构简单，还要节约贵重材料的使用，从而把维修的费用以及制造的成本降低。（5）检验、制造、操作、安装和维修方便。提这一要求出的目的，其一是考虑了安全性能，由于结构比较简单、容易制造和探伤的设备，保证了其质量，不论是否存在某些超标缺陷，也可以准确地发现出来，有助于及时解决消除；其二，这样做的目的是希望在某些特殊的使用上能够满足要求，比如对于有维修、清洗内件要求的容器，应当设置必要的人孔或手孔；对于顶盖是要经常装拆的试验容器，就应当使用快拆的密封结构，防止连接时使用笨重的主螺栓。自然这样做会在经济方面带来一定的好处，可以有效的把容器的制造成本降低。

2.2压力容器的设计方法

（1）常规设计。弹性失效准则是常规设计的理论基础，认为容器当中的某一最大应力点可以达到屈服极限，之后进入塑性，纯弹性状态丧失了（就是失效）。基于应力分析方法上，是以板壳薄膜理论和材料力学的简化计算为依据，没有去考虑局部应力、边缘应力及热应力等方面，同时也不会把交变载荷引起的疲劳问题考虑到。通常所有类型的应力都应该采用为1倍的许用应力值；为了能够保证安全性，一般也是会采用安全较高的系数，从而把对应力分析的不足弥补了。

（2）分析设计。随着压力容器中的参数不断增高，近代计算和试验技术的发展，同时还要高强钢都采用弹性失效的观点使得难于解决比较多的问题，过于保守的常规设计的结果，而且设计的结构还存在着巨大的承载潜力。为了能够很好的适应现代压力容器的发展要求，解决这些问题就应当利用新的失效观点去进行。由于采用了分析设计，使传统的弹性失效准则被放弃了，这时采用了塑性失效或弹塑性准则，过严限制计算应力被合理地放松了，许用应力值也适当地提高了，同时还把结构的安全性严格地保证了。我国的分析设计的标准是按照JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》进行的，是以最大剪应力理论即第三强度理论为基础，认为材料是处于哪种的应力状态，若是最大剪应力可以达到材料屈服之时的最大剪应力值，材料就会屈服破坏。在压力容器设计时所采用的失效准则，除了包括弹塑性失效准则、弹性失效准则和塑性失效准则之外，还包含有可靠性设计、断裂失效及爆破失效等。

3、压力容器设计中容易忽视的问题

3.1选用化工设备用钢材的材料时应当把设备的设计温度、设计压力、材料的焊接性能、介质特性、冷热加工性能、容器的结构以及热处理考虑到，还必须在选用材料时按照经济合理性去选择。只注重提高钢板等级这是错误的观念。

（1）若是结构尺寸较大且设计压力较高而使得设备壳体壁厚较大时，例如壳体材料还是选用碳素钢就会导致质量增加且壁厚增大，金属材料不仅会多用，还导致了运输、制造、土建基础、安装等的费用增加，使得总的工程造价提高了。一般若是在强度控制为主的情况下，若壳体壁厚＞8mm时，就应该首选低合金钢。当设计直径较大、压力较小、以结构设计或者是以刚度控制为主时，要用普通碳素钢。

（2）相关标准规定“同时可以符合下列条件的高温压力容器，是主要受复验设计温度下的屈服强度值，受压元件用钢应按炉批号，其值要大于相应许用应力值的1.6倍。涉及有设计压力大于1.6MPa；设计温度大于300℃；钢材主要截面以承受一次薄膜应力为主，钢材厚度大于等于20㎜。

3.2制造和检验与验收

（1）中温成型或冷成型的受压元件，凡符合下列条件之一者要在成型之后对其进行热处理。”“圆筒钢材厚度凡符合以下条件者：其他低合金钢的厚度大于圆筒内径Di的2.5％；碳素钢、16MnR的厚度大于圆筒内径Di的3％。”设计者在设计设备主体筒体中基本都会注意到，但在设计接管中易忽视掉。比如：设计单位对φ530mm×16mm、φ426mm×14mm的卷制接管不提热处理要求等。在不对容器的筒体热处理时，会把厚度超限的人孔接管和卷制接管提热处理要求忽视。

（2）小直径压力容器B类焊缝无损检测长度和比例在小直径压力容器设计时，都会采用无缝钢管作筒体，可以省去纵缝无损检测和卷筒的工序，并缩短制作的周期，节省成本。但是在实际的制造中，其在对B类焊接接头的进行无损检测的检测要求只进行≥20％RT。且标准规定“B类焊接接头无损检测长度要大于或等于其他焊接接头长度的20％，且不小于250mm”。

（3）关于铬钼钢：由于铬钼钢具有淬硬应倾向大、焊后易出现冷裂纹、长期在高温下使用时在应力集中处可能会产生蠕变脆化，所以我们在制造时要严格控制焊前预热温度，还要保持焊接过程中的层间温度，焊后还要采取焊后消氢热处理或者中间消除应力热处理和最终焊后热处理。

4、结束语

压力容器的设计应当严格遵守国家的相关法律法规严谨的施工，总结自身的经验，同时最佳的设计方案的提出是设计者要在可以满足设计任务目标要求的前提下所提出，使其能够满足功能需要，节约成本，安全可靠。

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