压力容器设计中的节能降耗

压力容器设计中的节能降耗

董敏章

身份证号：41078219861223367X

摘要：随着社会的快速发展，工业发展的不断升级，我国面临的能源短缺问题依然突出。节能降耗是我国长期坚持的一项基本国策，目前压力容器大型化已成为一种不可逆转的发展趋势，因此压力容器的成本控制有着非常重要的意义。压力容器的成本控制首先要从设计开始考虑，在确保设备安全的基础上做到经济环保。

关键词：压力容器；结构优化；节能降耗

引言

压力容器节能降耗可以有效的降低企业的生产经营成本提高企业利润，同时有效的遏制同行生产企业的恶性竞争，符合国家可持续发展要求。设计作为压力容器生产的前序工作，对节能降耗要求首当其冲。设计需在保证设备安全的前提下尽可能的实现设备的经济性。TSG21-2016特种设备安全技术规范中第3.1.7条对设备的经济性提出了明确的要求，即压力容器设计过程中要充分考虑压力容器的经济性，合理选材，合理确定结构尺寸。

1无损检测及耐压试验检测方法

压力容器焊接接头的无损检测及耐压试验是制造过程中控制焊接质量和检验密封性能必不可少的环节。如何选择既安全又经济的检测方法是我们每个设计者需要考虑的问题。焊接接头的无损检测方法在选择上要结合设备的材质、介质特性、结构特点等综合考虑制定。对接接头一般采用RT或者UT，也可以采用TOFD，MT和PT适用于焊接接头的表面检测[5]。RT检测相对于超声检测成本较高、周期较长，而且射线检测因对人体有害所以操作时需采取保护措施。超声检测具有操作方便、污染小、成本低等特点，相对射线而言有一定的优势。一般对于设备壁厚大于40mm的碳钢焊接接头应优先选用TOFD检测，尤其是现场制造的碳钢设备因射线检测操作困难，一般可用双面的TOFD+UT+MT检测代替RT检测进行操作。但超声检测对于不锈钢焊接接头或厚度较小的碳钢焊接接头不敏感，所以对于不锈钢焊接接头、异种钢焊接接头及厚度较小的焊接接头应优先采用射线检测。耐压试验是为了检验设备整体强度及密封性能的。根据介质的不同耐压试验分为液压试压、气压试验和气液组合试验三大类。由于气压试验、气液组合试验相比液压试压风险较大，所以如果条件允许或者安全问题没有得到保障时应优先选择液压试验。但随着设备的大型化，一些现场制造的容器液压试验时液体自身的重量可能会导致设备本身或基础的破坏，这类设备进行液压试验时现场基础及设备支撑所耗费的成本将会很大，所以这类设备一般在安全防护有保障的情况选择气压试验更合理。

2韧性破裂故障的预防措施

在对压力容器生产标准进行优化的过程中，需要根据我国化工行业发展的实际情况，对生产质量标准体系和内容进行完善。在目前压力容器生产制造的过程中，各种生产材料质量与实际性能质量都会有着较高的标准，实际的生产与标准质量要求之间，存在较为明显的差距。因此，为了能够更好地保证化工企业生产设备的质量，减少后续压力容器设备出现明显的故障问题，就需要对设备规格、型号、材料质量以及容器适用条件进行明确规定，加强量化标准制定的科学性以及合理性。在化工生产的过程中，经常会受到多种问题的影响，导致压力容器经常处于超负荷的运行状态下，进而造成设备出现较为明显的强度及韧性破裂故障问题。因此，化工企业需要不断提升压力容器的各项性能，加强各种配置的标准要求制定，从而避免压力容器设备频繁处于高负荷运行状态，以此减少压力容器运行故障问题的产生，为化工企业经济效益的提升奠定基础。化工企业在对压力容器进行维修养护的过程中，需要建立专项维修团队，根据压力容器设备实际工作情况和使用年限，针对性地制定维修养护规划内容，加强维修养护规划设计工作开展的效率，定期对压力容器进行维修养护，加强设备故障排查工作的开展，为化工企业经济效益的全面提升，奠定更加良好的保障和条件。

3对压力容器焊接变形问题的控制

在焊接过程中，若工作人员对技术的把控效果不佳，或者材料本身存在问题，就很容易出现容器变形的情况。那么，为了有效预防这种情况，建议设计人员从以下几个角度入手进行控制：首先，应该正确选择焊接材料和焊接参数。良好的焊接材料和焊接参数能避免焊接后出现裂纹、咬边等外观缺陷、保证焊接处受力均匀、良好，不出现应力集中等影响设备安全的因素。例如，选用低氢型焊条，其良好的抗裂性能和力学性能保证焊接结构的受力安全性。其次，在焊接正式开始之前，应该先进行整体定位组装，确保其结构合理，这样在焊接过程中才能使各个部分均匀受力，准备工作完成之后再进入到正式的焊接步骤。在此基础上，应该根据压力容器的结构特征以及工艺要求，对焊缝数量和长度进行合理设计，对焊接顺序进行合理安排，对坡口形式进行合理选择，否则同样会影响到其受力的均匀性。再次，在组合焊接过程中，收缩量对压力容器的焊接质量有一定的影响，对此要求设计人员对收缩量数值进行精准的计算和控制，以免出现变形问题。最后，在焊接工艺选择上，可优先采用反向预变形、刚性固定等工艺方式，其相较于常规的焊接工艺，能够更有效地预防容器变形问题。另外，内应力也是导致化工压力容器发生变形的重要因素之一，针对这种情况，可以先进行焊接，之后再实施热处理工艺。在这一过程中，需要注意的问题有：若温度梯度较大，那么产生内应力的可能性也会大大增加，这种情况下则需要充分结合相关要求，分析是否需要将焊接区域提前预热到相应的问题，尽可能地控制残余应力对压力容器焊接质量的影响，以此实现对变形问题的有效控制；若设计存在误差，同样会导致容器焊接变形问题，此时则要求设计人员对模板、样板的尺寸进行确认，据此进一步优化设计；为减小压力容器焊接过程中的形位误差，需要考虑到热胀冷缩情况对焊接效果的影响，对预先收缩量做出准确的测算，以此预防因误差过大导致的变形问题。

4压力容器补强设计

为进一步优化压力容器的性能，提高制造品质，在设计阶段通常会采用补强技术，如厚壁接管、整体锻件等。对于厚壁接管来说，这种结构更为简单，能够有效减少后续焊接阶段的焊缝，从而提高焊接质量；整体锻件指的是一种将压力容器的接管、壳体等各个部分进行有效整合，从而形成一个完整的锻件结构的补强技术，其间要通过焊接手段将各个部分连接起来，改善应力集中分布的效果。然而，根据整体锻件补强技术的应用情况来看，其造价水平相对较高，所以在压力容器设计中尚未得到广泛的应用；开孔补强设计也是非常重要的一项内容，其间要求设计人员严格按照相关标准进行补强圈的设计，将其厚度控制在小于壳体厚度的范围内。在开孔补强过程中，设计人员需要对相关应力问题展开详细地分析，确定其弯度、峰值以及薄膜应力情况以及内在关系，从而进一步确保开孔补强设计的合理性，争取制造出品质更优的化工产品。

结语

对于压力容器而言，维修检验、安全管理均属于重要内容。企业应遵循国家要求、使用标准来制定压力容器的检验方案，维护检验结果的可靠性。同时，注重压力容器的安全管理，利用制度管理、人员管理、技术管理等措施，以保障压力容器的运行安全性。

参考文献

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［2］程保良，邓景珊，张宝军，等.核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷的超声自动检测系统［J］.无损检测，2022，44（6）：10-14.

［3］赵臻，张轶.压力容器和压力管道的使用安全管理问题及对策研究［J］.造纸装备及材料，2022，51（5）：213-215.

［4］张霞，孙振国，刁志锋.对直燃型吸收式制冷装置中压力容器安全监察要求的探讨［J］.中国特种设备安全，2021，37（12）：22-24+28.