压力容器设计过程中的常见问题及防范对策探究

压力容器设计过程中的常见问题及防范对策探究

刘琼

宝塔国际石化工程技术有限公司宁夏银川市750002

摘要：我国社会经济经过几十年的发展与腾飞，工业领域取得了举世瞩目的成就。压力容器的设计作为工业设计的重要组成部分，也取得了巨大的进步。然而，随着压力容器设计的发展，压力容器的设计使用年限、压力容器的材料以及压力容器的热处理问题等发现了一些缺陷，设计者通常会在这些问题上出现漏洞。本文首先对这些问题进行挖掘和分析，并针对这些问题提出相应的防范对策。

关键词：压力容器；设计缺陷；防范对策

一、前言

我国不断深入的工业化建设，使压力容器已经拥有了广泛的应用市场，能源、石油、军工、化工等大多行业都需要使用压力容器，压力容器最为显著的特征就是其介质的危害性。压力容器的使用越来越普及，使得工业企业对于压力容器的质量要求也日益提高。在压力容器的设计环节中，不仅需要相关部门和人员具备极强的专业知识，更要保证压力容器中各个零部件的规范化和标准化，一旦出现人为技术处理不当或者关键环节出现失误等情况，则会造成有毒介质的泄露甚至引发爆炸。因此，开展对压力容器设计中的一些常见问题的探讨，有针对性地提出相应的防范措施，有着积极意义。

二、压力容器设计中的常见问题

在压力容器的设计过程中，往往存在着一些问题，主要表现为几个方面：

1、关于压力容器的设计使用年限

压力容器的设计必须明确其使用年限，在使用的过程中一旦即将达到使用期限，则必须提前进行更换。新版的TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的发布，规定了设计单位必须在设计图纸中明确标注此压力容器的设计使用年限，而旧版就没有这项规定，由此标志着压力容器的使用年限问题已经得到了国家的重视。但是明确标注了使用年限的同时，也要明确标注此使用年限的前提使用条件，因为很多企业人员在实际使用的过程中，虽然看到了年限，但是经常采用习惯性的操作方式，这就会使得压力容器的使用年限降低。因为设计的使用年限往往是在理想环境中的使用年限，而在实际应用中，温度、介质等等因素都会或多或少给产品部件造成一定的影响，从而又影响到产品的整体使用年限。

2、压力容器设计随材料改变的问题

材料的改变影响着整个压力容器的各种属性，材料问题是压力容器设计中的关键环节。而使用材料的改变通常受到以下几个方面的影响：用户的特殊要求、压力容器的周边环境、压力容器的使用人员、容器的大小和外观等。材料对于任何工业设备来说都起着至关重要的作用，而压力容器材料选择的重要性更是超过普通的容器，主要是因为压力容器往往处在高温高压的工作环境中，其材料一旦改变，那么它的内外部受力情况以及耐腐蚀情况都会发生本质的变化。因此，设计者针对不同种类的材料都应该进行不同的受力分析和耐腐蚀检测。然而，设计者在实际操作过程中显然存在一些误区：当设计者被要求将压力容器壁的材料减薄时，设计者会自然而然地重新计算其内外部应力情况，分析变薄之后容器的耐腐蚀程度。但是当材料由薄变厚时，大多数设计者则认为无需重新考虑，也就忽略了容器的各项分析，其实材料变厚的情况下，受力分析仍然十分重要，因为容器壁产生多向拉应力使平面应变成为脆性断裂。

3、关于压力容器设计中的热处理问题

在目前的压力容器设计中，存在很多这样的情况，设计人员都会都会对压力容器的壳体和封头进行热处理，却容易忽视接管设计中的热处理问题。有关资料曾经明确指出，钢板冷成形受压元件在很多的情况下都需要进行热处理。比如盛装具有极高毒性和腐蚀性介质的压力容器，或者有应力腐蚀性介质的容器，又或者碳钢及低合金钢，成形后的厚度下降10%等等情况，一旦出现冷成形变形率不符合规定的情况，则必须采用相应的热处理来使材料恢复其原有的性能。

4、关于压力容器设计中分气缸和储气罐的设计问题

在压力容器的分气缸设计中，其出气口和进气口之间的有效距离经常容易被忽视。而在设计的过程中，根据相应的具体工艺参数使出气口和进气口的距离得以准确定位是非常重要的环节，另外控制好分气缸的开口和环焊缝之间的距离也有着重要作用，能够减小局部应力的影响以更好地保证分气缸的正常运作。

储气罐作为压力容器中的重要组成部分，对其材料的设计也是极其重要的，不能盲目追求抗压能力，在设计时尽量将罐体长度和直径的比值控制在设计的要求内。

三、压力容器设计中常见问题的防范策略

针对以上压力容器设计中的种种常见问题，应通过以下方面来加以改善，以全面提升压力容器的质量，确保工业企业的运营安全。

1、关于压力容器使用年限的防范策略

对于压力容器使用年限的问题，设计人员一定要按照要求进行多方面的全面考虑，标准可以参照新版TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》所规定的标准，在明确压力容器使用年限的同时，对此年限的前提使用环境进行必要的说明，让使用者明确此容器的使用年限是在何种条件下才能够达到，做到心中有数。并且在设计时要利用材料的最大腐蚀速度和内外压力差来计算容器的最大腐蚀耐受度，以此作为标准数据进而采用公式计算出容器的使用年限。其次还要考虑到容器的外部环境，这也是极其重要的影响容器使用年限的因素，要以最为恶劣的环境作为参照来得出最佳使用年限。最后还要对人为因素进行衡量，比如人员的操作不当，因此设计人员还应在图纸上表明安全注意事项和各个部件的详细参数以确保容器的安全性。

2、关于压力容器设计材料变更的防范策略

设计人员在用户对压力容器提出变更要求时，不能单方面考虑材料减少所带来的安全隐患，还要全面考虑到材料的增加也可能出现安全风险。比如材料由薄变厚之后，也会产生一些不良后果，其中各个部件的连接位置和管道的弯折位置也是非常重要的，在材料加厚之后，要将封头和各个部分与壳体的连接处的边角进行削平，并且对于连接部分的套筒焊接等各个焊接部位，应全面考虑到焊接时的应力变化。

3、关于压力容器设计中的热处理问题防范策略

目前，诸多的压力容器厂商为了促进经济效益盲目节约成本，在设计过程中在容器的接管部分等采用碳钢或者低合金钢接管，尽管这种方式利用了无缝管或者碳钢又或者冷成形做成，看似均符合相关的理论要求，但是却忽视了需要进行热处理的情况。碳钢和低合金钢板冷却卷成形后倘若不进行相应的热处理工艺，容易使得钢铁内部的微小晶粒破碎或者歪曲。经过冷处理之后的钢板硬度和强度都有所上升，但与此同时必然造成可塑性下降。钢管的厚度越大，制管之后的直径也就越小，则造成冷却之后的内部变化更加剧烈，并且硬化程度高，这就容易导致在安装之前存在隐患，有可能存在微小裂缝。因此钢板在进行冷却之后，须再进行再结晶退火等热处理工艺，增加钢板的可塑性。

4、关于压力容器设计中分气缸和储气罐的设计问题

对于压力容器设计中分气缸的设计问题，主要应该控制好出气口和进气口之间的距离，在设计过程中应当根据容器的实际用途进行准确计算确定其距离。对于储气罐的设计也要把握好材料和尺寸，罐体的长度和直径的比值必须设定在合理的范围之内，才能确保整体容器的使用性能。

四、结束语

压力容器作为一项重要的特种设备，其设计人员必须严格遵循“安全第一，预防为主”的原则，在全面理解国家的规程和标准的前提下，在设计过程中全面考虑，努力防范并解决设计过程中的种种问题，提高压力容器的使用可靠性，不要使人民的生命和国家的财产受损失。

参考文献：

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