王仲舉

摘要：改革開放以來，我國經(jīng)濟取得了驚人的成績，特別是在工業(yè)方面發(fā)展速度極快。其中壓力容器設計同樣也在這最近的幾十年里取得了巨大的成績。不過由于壓力容器設計涉及到的層面非常多，我國在這方面的研究起步也相對較晚，所以至今在設計方面依然存在著一定缺陷。本文研究重點則是通過對設計缺陷進行分析，并在此基礎上提出解決這些缺陷的主要措施。

關鍵詞：壓力容器;設計;優(yōu)化策略

壓力容器在工業(yè)制造領域屬于非常關鍵性的零部件，特別是在石油化工領域更是如此。然而我國研究起步較晚，在設計方面還存在著一定的問題。加強設計階段的優(yōu)化，對于提升壓力容器的安全和質量水平將具有非常重要的作用。

1.壓力容器設計的基本要求

1.1?工藝要求

壓力容器涉及到的工藝要求非常嚴格，比如壁厚、容積以及直徑大小。使用溫度需求、密封圈結構和開口孔設計等同樣具有嚴格要求，滿足石油化工領域的相關規(guī)范。

1.2?使用壽命的保障

壓力容器的使用環(huán)境相對復雜，會受到不同物質的腐蝕或者侵蝕，另外壓力容器本身的制造材料也會因為氧化而出現(xiàn)老化問題。對此設計人員往往要通過更加嚴格的設計提升壓力容器的安全系數(shù)，從而達到提升壓力容器生命周期的目的。

1.3?確保使用安全

一般來說，壓力容器中所存放的物質都具有一定的腐蝕性或者侵蝕性，而且還具有易燃性，如果使用不當就極容易引起火災。隨著存儲時間的延長，對于壓力容器的侵蝕效果就會越加明顯，同時能量也會不斷聚集，一旦壓力容器質量不好，就出現(xiàn)能量的劇烈釋放，從而容易形成巨大的破壞力和摧毀力。

1.4?提升使用便利性

壓力容器設計工藝要求很高，但是在使用要求方面卻需要壓力容器具有良好的便利性。那么為了達到這個便利性要求，就需要降低壓力容器使用的危險系數(shù)，提升壓力容器的安全屬性。結構設計簡單穩(wěn)定，不僅能夠提升制造和質檢的便利性，同時也有助于提升設計的質量，對于降低使用成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟效應還具有一定的效果。

2.壓力容器設計主要問題分析

2.1?經(jīng)濟性問題

材料對壓力容器的質量和性能以及安全性會產(chǎn)生最為直接的影響。選擇制造壓力容器的材料需要綜合考慮溫度、壓力、材料自身的焊接屬性以及不同溫度環(huán)境下的加工性能等。還需要考慮材料的經(jīng)濟性。材料以及材料質量所占壓力容器的總體成本的比例最大。容積較大的容器，壓力容器的殼體質量基本上總設備質量的8成至9成。壓力容器的材料選擇就需要遵循價格和性能的綜合性，另外可以通過優(yōu)化設計工藝，盡可能的減少高性能高價格材料的使用，從而達到降低成本的目的。

2.2?材料許用應力跳檔

由于壓力容器對于壓力要求較高，因此封頭部位厚度相對較厚。對此就需要在成形時通過減薄量來進行優(yōu)化。而且壓力容器的筒體部位在成型時也會產(chǎn)生減薄量，對此一些設計人員往往考慮的不夠全面，沒有在設計時就考慮這些筒體和封頭的減薄量，而是在生產(chǎn)制造時引入成形減薄量，導致整個板料的厚度偏厚，那么相應的許用應力就會降低。為了解決這個問題，就需要設計人員在容器設計時，注重厚板類材料的許用應力跳檔等問題。

2.3?非標法蘭的設計問題

目前頒布的《壓力容器法蘭》主要的適用范圍為公稱壓力≤6.4MPA，且對應的公稱直徑要大于等于800mm。另外國家頒布的《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》標準，對于較大直徑的法拉公稱壓力和公稱直徑也有著明確的要求?？墒沁@些標準在實際執(zhí)行過程中往往會超出上述標準，從而影響到壓力容器的性能。對此就需要在設計法蘭時，要對結構尺寸進行詳細計算，從而滿足強度需求。

3.壓力容器的設計優(yōu)化

3.1?選用好材料

材料性能高低對于壓力容器的性能產(chǎn)生最為直接的影響，所以通過對材料的優(yōu)選，選擇能夠滿足承壓、溫度以及焊接性能等要求的設備材料，與此同時還需要通過良好的設計來提升這些材料的經(jīng)濟性以及安全性。

3.2?區(qū)別對待

在設計壓力容器時，必須要針對具體的設計需求進行區(qū)別設計。應力不同其失效模式也會不一致。而且就算是一個應力，那么不同的部位也會產(chǎn)生不同的失效效果。壓力容器涉及到的負荷眾多，比如容器的內部和外部的壓力、自重以及溫度差形成的盈利等。這些不同的應力一般體現(xiàn)為三種，第一種是初次應力;第二種就是二次應力;第三種就是融合力初次應力和二次應力的綜合應力。對此在設計壓力容器時，需要結合不同的應力模式來進行區(qū)分設計，從而提升壓力容器的安全和質量。

3.3?優(yōu)先強度屬性

如果壓力容器需要承受力高，且體積大，壁厚，在這種要求性就不能夠采用Q245R等傳統(tǒng)碳素鋼材料。這會導致壁厚增加，影響體積。因此需要選擇一些低合金鋼等新型材料。如果壓力容器對壓力需求不高，而且本身壁厚不厚，此時就可以采用Q245R等傳統(tǒng)碳素鋼，這能夠有效降低成本。區(qū)別材料的選擇條件往往以壁厚為8毫米為界。

3.4?設計要注重細節(jié)

熱處理工藝主要是在加工容器組件的過程中使用，需要采用熱成型或者冷成型時就需要通過熱處理進行應力處理。對此需要對設備的主體結構進行工藝編排，從而依次進行加工。但是由于涉及到的元部件較多，往往會對封頭以及接管部位的熱處理欠考慮，導致容器設計出現(xiàn)短板，最終影響到設備的安全性和使用壽命，所以在設計時加強細節(jié)優(yōu)化才能夠規(guī)避這些問題。

總之壓力容器設備對制造工藝要求極高，而且自身性能要求特殊，應用環(huán)境也相對特殊，所以設計人員需要遵循安全和質量第一的原則進行。只有這樣才能夠保障壓力容器的安全和質量，確保人民群眾的生命和財產(chǎn)不受損失。

參考文獻：

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