高嘉楠（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司輔機(jī)容器設(shè)計(jì)開發(fā)處,哈爾濱 150046）

關(guān)于化工壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的分析

高嘉楠
（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司輔機(jī)容器設(shè)計(jì)開發(fā)處,哈爾濱 150046）

在當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中，化工事業(yè)取得了較快的發(fā)展，在化工企業(yè)生產(chǎn)，化工壓力容器應(yīng)用較為廣泛，已成為化工企業(yè)發(fā)展的重要設(shè)備。化工壓力容器由于其工作環(huán)境具有特殊性，再加之壓力容器自身的特點(diǎn)，在應(yīng)用過(guò)程中存在較大的安全問(wèn)題，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)較大的威脅。因此為了確?；毫θ萜鞯陌踩院涂尚行?，則需要加快對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)方式的改進(jìn)，從而更好的促進(jìn)我國(guó)化工事業(yè)的健康發(fā)展。

化工企業(yè)；壓力容器；設(shè)計(jì)；選材；設(shè)計(jì)方法

由于化學(xué)和石油生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程具有復(fù)雜性，壓力容器作為化工企業(yè)主要生產(chǎn)設(shè)備，一旦在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故，不僅會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)帶來(lái)較大的影響，而且還會(huì)危及人身安全。所以在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要確保壓力容器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格要滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，而且還要確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)要具有較好的合理性。同時(shí)在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)還盡量在做到對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保制造成本和維修費(fèi)用的降低，確保壓力容器制造費(fèi)用的最小化。同時(shí)還要便于維修、操作、安裝、檢驗(yàn)及制造。壓力容器還要確保其運(yùn)行時(shí)是具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性，避免壓力容器儲(chǔ)存物料過(guò)程中內(nèi)部能量過(guò)大而導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。由于化工企業(yè)物料通常都具有較強(qiáng)的毒性和腐蝕性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)容器壁厚進(jìn)行考慮，在厚度設(shè)計(jì)時(shí)需要充分的考慮容器的工作環(huán)境和業(yè)主要求，確?；毫θ萜髂軌蜻_(dá)到預(yù)期的使用壽命。

1　壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)選材原則及依據(jù)

壓力容器設(shè)計(jì)選材是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，在具體材料選擇時(shí)需要嚴(yán)格依照相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要遵循相應(yīng)的選材原則和依據(jù)，確保設(shè)計(jì)水平的提升。

（1）在對(duì)壓力容器選材時(shí)，由于相同的工程設(shè)計(jì)下使用的材料具有統(tǒng)一性，所以在選擇時(shí)需要考慮材料的來(lái)源、價(jià)格、性能、耐腐蝕性、力學(xué)特性及容器的應(yīng)用條件等。

（2）在壓力容器的鋼材料選擇時(shí)，特別是對(duì)于作為承壓元件的鋼材料要確保其具有較好的焊接性能，成型性、高韌性及較大塑性儲(chǔ)備。

（3）壓力容器在設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的原則。1）在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，如果設(shè)計(jì)的是普通碳素鋼壓力容器，確保板厚度在8mm以上時(shí)則可以選擇普通的低合金鋼；2）設(shè)備的設(shè)計(jì)需要以強(qiáng)度作為主導(dǎo)時(shí)，則選擇鋼材料型號(hào)時(shí)則需要與介質(zhì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力等應(yīng)用限制充分的結(jié)合，同時(shí)在壓力容器相關(guān)的要求下選擇適宜的鋼材型號(hào)；3）在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，如果是以結(jié)構(gòu)與鋼度作為主導(dǎo)，則受壓殼體選擇普通的碳素鋼即可；4）對(duì)于設(shè)計(jì)的容器在運(yùn)行過(guò)程中需要承受超過(guò)500℃的高溫或是有鐵離子污染、強(qiáng)腐蝕性時(shí)，則需要選擇不銹鋼作為壓力容器的主材；5）當(dāng)壓力容器設(shè)計(jì)溫度為250℃以上時(shí)，宜選擇高壓高溫抗氫用鋼，而當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在350～550℃之間時(shí)，選擇鉻錮低合金鋼具有較好的適宜性。

2　化工壓力容器的設(shè)計(jì)方法

壓力容器作為一種特殊的裝置，其與人們的實(shí)際生產(chǎn)生活息息相關(guān)，這就對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。在壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要選擇適宜的壓力容器設(shè)計(jì)方法，不僅需要滿足壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)可能會(huì)依據(jù)應(yīng)力分析設(shè)計(jì)要求。要求設(shè)計(jì)者要根據(jù)實(shí)際的情況，依據(jù)自身豐富的經(jīng)驗(yàn)，從而選擇適宜的設(shè)計(jì)方法。

目前在壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中較為常用的設(shè)計(jì)方法即是常規(guī)的方法，這種設(shè)計(jì)方法不僅較為簡(jiǎn)單，而且易于實(shí)施，在設(shè)計(jì)過(guò)程中依據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)依據(jù)彈性失效準(zhǔn)則作為其理論基礎(chǔ)。這里所說(shuō)的彈性失效準(zhǔn)則即是化工壓力容器某個(gè)最大應(yīng)力點(diǎn)到達(dá)屈服極限時(shí)會(huì)進(jìn)入到塑性狀態(tài)，從而使其失去了純彈性狀態(tài)。在化工壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要以應(yīng)力分析方法作為基礎(chǔ)，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算板殼薄膜和材料力學(xué)理論，在計(jì)算過(guò)程中，只針對(duì)一次性施加的靜力載荷處理，不兼顧熱應(yīng)力、局部應(yīng)力和邊緣應(yīng)力，同時(shí)也不對(duì)交變載荷下的容器疲勞壽命等情況。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了確?；毫θ萜骶哂休^強(qiáng)的安全性，往往所采用的安全系數(shù)較高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中任何種類的應(yīng)力都實(shí)施相同的應(yīng)力值，從而有效的彌補(bǔ)了應(yīng)力分析的缺陷。

壓力容器還具有溫差應(yīng)力和局部應(yīng)力，特別是在局部應(yīng)力下，當(dāng)材料達(dá)到屈服極限時(shí)，容器的較大范圍還處于彈性狀態(tài)下，這就導(dǎo)致已屈服的局部范圍會(huì)受到周圍彈性區(qū)域的制約，有效的對(duì)其變形量進(jìn)行控制，有效的避免了壓力容器失效情況的發(fā)生。這種情況下，應(yīng)用常規(guī)設(shè)計(jì)方法很難實(shí)現(xiàn)，但在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，部分軟件的功能得以增強(qiáng)，所以分析設(shè)計(jì)這類壓力容器的設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。在分析設(shè)計(jì)方法下，其是以彈塑性失效準(zhǔn)則、塑性失效準(zhǔn)則為該方法的理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)彈性應(yīng)力進(jìn)行分析，從而計(jì)算壓力容器的應(yīng)力，并依此來(lái)對(duì)壓力容器的應(yīng)力進(jìn)行控制和分類。盡管分析設(shè)計(jì)方法較為復(fù)雜，而且所花費(fèi)的時(shí)間也較多，但有效的確保了壓力容器安全性的提升。特別是在當(dāng)前壓力容器參數(shù)不斷增高的新形勢(shì)下，高強(qiáng)鋼的應(yīng)用、現(xiàn)代化試驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)的采用，有效的解決了壓力容器設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題。在分析設(shè)計(jì)方法下，壓力容器局部塑性范圍得以有效的控制，對(duì)計(jì)算應(yīng)力的要求有所降低，有效的確保了壓力容器結(jié)構(gòu)的安全性。

在當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)最大剪應(yīng)力理論進(jìn)行充分的考慮。在最大剪應(yīng)力理論中，其指明不管材料處于怎樣的應(yīng)力情況下，只要最大剪應(yīng)力能夠?qū)崿F(xiàn)材料屈服最大剪應(yīng)力值，則材料就會(huì)存在屈服破壞。所以在分析設(shè)計(jì)方法需要對(duì)壓力容器應(yīng)力進(jìn)行分類，從而明確其安全系數(shù)，確保產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3　結(jié)束語(yǔ)

在化工壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算、選材都需要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要通過(guò)對(duì)比，采取最為理想的設(shè)計(jì)方案，確保設(shè)計(jì)出來(lái)的壓力容器能夠滿足穩(wěn)定性及安全性的要求，同時(shí)在滿足壓力容器相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，盡可能的降低費(fèi)用，確保設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，從而更好的促進(jìn)化工行業(yè)的健康、有序發(fā)展。

[1]周新房.淺談化工壓力容器設(shè)計(jì)選材問(wèn)題[J].科技視界,2014(09).

[2]陳學(xué)東,崔軍,章小滸,關(guān)衛(wèi)和,壽比南,謝鐵軍.我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)十年回顧與展望[J].壓力容器,2012(12).

[3]柳秀梅,袁興海.化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析[J].化工管理,2015(01).