浅谈压力容器设计应注意的问题

秦磊

摘 要：压力容器是化学、石油、军工和科研等行业中的重要设备之一，压力容器在运行前，需要经过设计、 检验 、 安装 、 制造 、监督运行和维护等若干个环节，压力容器设计作为所有环节之首，是压力容器的研究和发展进程中的重要环节，设计的正确性、合理性不仅关系到随后各个环节运行的难易程度，更是会对之后实际产品的制造成本和产品可靠性产生较大影响。压力容器作为工业中的重要角色，在设计时必须重视设计人员的综合素质，保证压力容器的安全性和可靠性。本文通过对压力容器设计方法和要求的分析，探讨了压力容器设计时应注意的问题。

关键词：压力容器;设计;相关问题;对策

引言

压力容器的使用随着现代工业规模和领域范围的扩大越来越广泛。但在压力容器的运行上仍存在由于技术原因而导致的设计不完善等问题，这对压力容器的正常使用和工业安全都会产生严重的影响。因此，必须加强对压力容器设计相关问题的分析和总结，在生产中严格遵循“安全第一， 预防为主”的原则，结合国家相关标准和规定，切实保障压力容器的设计质量，提高压力容器的可靠性。

1.压力容器的设计

1.1压力容器设计方法

一般将压力容器设计分为常规设计和分析设计两种。常规设计以弹性失效准则为理论基础，基于应力分析方法上，不再考虑局部应力、边缘应力及热应力等方面，也不会考虑交变载荷引起的疲劳问题，仅以板壳薄膜理论和材料力学结合简化计算作为依据，采用较高的安全系数来保证安全性。分析设计在一定程度上很好的突破了常规设计中过于保守的局面，用新的设计观点来解决相关问题，适应现代压力容器发展需求，压力容器设计时的失效原则，包括弹性失效准则、塑性失效准则、可靠性设计、断裂失效和爆破失效等。

1.2压力容器设计要求

在石油、化工、军工、科研生产中，其生产过程非常复杂，如果设备生产工艺不过关，很有可能导致设备事故，使生产无法顺利进行，甚至会威胁到工作人员的人身安全。一般在石油化工等行业对压力容器的设计有以下几点要求：①压力容器设计必须满足目的产品的相关规格要求，保证完成工艺生产。②压力容器设计要考虑到其运行环境中的不安全因素，保证压力容器运行的安全可靠。③结合压力容器的运行环境，合理预定压力容器的使用寿命。④在保证安全性的基础上，尽可能为制造、 检验、交装、操作和维修提供方便，降低压力容器制造成本。⑤压力容器设计要遵循结构简单、 制造方便、重量轻、节约贵重材料等原则，实现压力容器设计的经济性。

2.压力容器设计中需注意的问题

2.1 材料的选用问题

材料的选用会对压力容器的强度、整体性能、使用年限等特性有着直接影响，因此材料的选择是压力容器设计中的关键环节。一般情况下，要首先考虑用户的使用需求，如容器大小、颜色等其它要求。其次，要考虑到压力容器的运行环境（高温高压环境）对容器材料性质的影响。最后，设计者要完成对材料的力学性能、 耐腐蚀性能、 加工性能、材料来源及经济性综合分析评价，来确定材料的适用与否。在设计过程中，若需要对以选用材料进行加工时，要对加工后的材料基本情况进行重新分析，提高压力容器运行安全性和可靠性。

2.2热处理问题

对于符合热处理条件的容器要在其成型后对其采取热处理，从而恢复材料的性能。如钢板受冷成形受压元件、低合金钢及碳钢、盛装高毒性、高危害介质的容器、在成形前不少于 16 毫米厚度或减薄量不少于10%的碳钢或低合金钢的容器、有应力腐蚀介质的容器等。但是大部分设计者在设计时对压力容器的 封头、壳体的热处理的重视度较高，而忽视了接管设计的热处理问题，这同样是导致压力容器设计不合理的因素。

2.3压力容器的使用寿命

在以往压力容器的设计过程中，压力容器的使用寿命往往不是设计人员关注的重点，设计人员甚至不考虑设备温度、材料等因素的影响，仅凭主观臆测来设置压力容器的使用寿命，这种情况很有可能会给压力容器使用带来不必要 的安全问题。最新的技术监察规程要求设计人员在设计图纸中，把该压力容器的使用寿命明确的标记出来，表明压力容器的使用寿命问题已经越来越受到人们关注。

3.压力容器设计相关问题应对策略

3.1提高对材料选用问题的重视

压力容器设计时，要求设计者既要注意到压力容器外壳材料由厚变薄的内外部受力和耐腐蚀性分析，又要重视材料变厚时的受力情况以及管道弯折和部件连接部位的分析;确定减薄后的耐腐蚀程度、及对容器的内外部受力情况重新分析;重视应力变化在连接部位的套筒焊接或其他位置的焊接情况;对于材料变厚时的主体与构件连接位置及封头位置要进行边角削平处理。

3.2明确压力容器的使用寿命

在压力容器的使用寿命方面，主要对设计者提出了以下三点要求：①对容器安全使用年限应当根据材料的腐蚀速度和内外受力情况分析得出的最大腐蚀承受度来确定②要在图纸中表明相应的使用条件和安全提醒，明确容器相关参数③要考虑压力容器外部工作环境，在最恶劣环境中模拟最佳使用年限。

3.3热处理问题对策

设计单位对压力容器的接管的设计，可以设计成无缝接管和碳钢、低合金钢卷制，后者对成型后的热处理环节要求较为严格，忽视热处理环节会对钢材强度、硬度、塑性产生负面影响，甚至出现裂纹。两种设计方法都能实现设计要求，但在后者的使用上要十分注意热处理环节的实施，尤其是特别厚的钢板，对其进行冷加工之后，还要增加一步再结晶退火工艺，从而提高钢板的强度，硬度和塑性。

参考文献：

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