论压力容器设计中存在问题及预防

蒙积雄（湖北三江航天江北机械工程有限公司,湖北　孝感　432000）

论压力容器设计中存在问题及预防

蒙积雄
（湖北三江航天江北机械工程有限公司,湖北孝感432000）

摘要：随着工业技术的不断发展，被广泛应用于工业生产的压力容器的应用设计在工业设计中占有重要地位，良好的设计对其安全使用有着十分重要的意义，本文针对车载气瓶，分析了压力容器设计中常见的问题以及相关预防。

关键词：压力容器；设计；问题；预防

0　引言

工业领域的多个行业都会用到压力容器，尤其在石油化工、汽车工业中，压力容器更是占据重要地位。但当前，我国的压力容器设计中还存在一些问题，特殊的使用条件对压力容器的安全设计有很高的要求，因而压力容器被列入特种设备的范畴。压力容器从设计到制造到最后的安装，其安全性及可靠性都会受到产品的设计方法的影响。压力容器的设计涉及到很多专业知识，不仅要求设计人员有扎实的专业理论知识，同时应具备较强的综合素质以及个人修养。设计人员应熟练掌握压力容器各部件材料的选用标准、外形设计、结构合理准则、受力分析、整体强化和制造的可行性，同时兼顾到使用安全及日常维护等。实际中设计工作还存在较多的问题，不仅影响了压力容器的使用效率及可靠性，还会威胁到使用者的生命及财产安全。

1　压力容器设计中存在的问题

1.1设计未全面考虑应力腐蚀

应力腐蚀在多种腐蚀体系中都会产生，其中的共同点就是使用的金属材料因为特定的腐蚀介质环境，持久的拉应力导致材料的断裂破坏。压力容器中的碳钢与低合金钢材料如果在N aOH、KOH、硝酸盐、H2S水溶液、液氨等腐蚀性介质中，应力腐蚀开裂十分正常；奥氏体不锈钢遇到NaOH、KOH、H2S水溶液、海水及含有卤素离子的水溶液等腐蚀性介质中也常常会导致容器的应力腐蚀开裂。根据国家标准要求，化工行业的液氨容器在设计时一般选用的主体材料为Q345R，在焊接后设计应要求对容器进行热处理去除应力，从而预防应力腐蚀导致的损坏。

1.2压力容器设计未考虑材料问题

压力容器材料的问题直接影响整个压力容器的各种属性，材料问题是压力容器设计的重要因素。材料的改变一般会受到以下几个因素影响：压力容器的使用人员、用户的特殊要求、压力容器所处的环境、容器的大小和外观等。压力容器一般处在较恶劣的工作环境之中，压力容器对材料的要求高于一般的工业设备，这是因为如果材料改变的话，其受力情况、耐腐蚀情况等都会出现一定的变化。

1.3压力容器设计未考虑热处理问题

钢板的热处理规定中要求，钢板冷成形或其它的元件在受压时都要进行热处理，例如有应力腐蚀性介质的容器；盛放较多毒性物质的容器；成形之后碳钢及低合金钢厚度会降低10%的情况等；如果冷成形变形率的指标与所规定的要求不符，设计时如果不给出合适的热处理方式，也无法恢复材料的性能。压力容器设计者一般都会对压力容器的壳体、封头等部件做热处理要求，在多接管的设计中没有考虑到这些。

1.4压力容器设计时类别划分不准确

设计对压力容器的使用介质的特性参数不够了解，导致容器类别划分不准确。如在进行盛装环氧乙烷、粗甲醇、氯乙烯等介质的容器设计时，设计者不能很好把握计算模型和选用的标准，不能准确进行疲劳循环载荷次数的判别和分析设计。

2　压力容器中车载气瓶设计问题的预防

移动式压力容器是压力容器中的一种，其重要分支就是气瓶，气瓶是使用的最为普遍的一种移动式压力容器，它的的特点是数量大，使用范围广，充装的气体种类多，重复使用率高。其中，车用气瓶属于特种气瓶。以下以车载气瓶为例，并根据上述问题，给出相应的预防措施。

2.1针对车用气瓶类别的总体设计预防

车用气瓶在设计时，应根据不同车型对气瓶安装位置、气瓶强度支架进行图样设计。图样的设计、审查、产品设计图样的变更等，都应符合安全技术规范标准的要求。设计过程应注重质量控制，根据不同车型对车载气瓶的安装位置、气瓶强度支架进行合理设计，设计图中应明确技术要求、安装使用说明等，从而指导采购、生产、安装、检验等，设计图应符合国家技术规范和标准规定，保证图形表达正确、统一、完整。外来的车载气瓶设计文件，应进行审查并确认。审查设计图样上选用的技术标准和验收规范应为现行标准规范，其安装材料选择、结构尺寸、检验与试验要求符合法规和标准的规定；检查图形表达是否正确、统一、完整；根据公司的制造能力审查外来文件工艺性，是否能满足设计文件的要求。生产中，若发生材料与设计文件不一致时，应办理材料代用手续。经设计人员同意可以代用，变更文件由材料、零部件责任人，设计、工艺责任人会签。

2.2 合理设计年限及开孔，防止应力腐蚀

压力容器的设计使用年限问题应该严格遵循《固定式压力容器安全技术监察规程》中的要求，图纸中应该明确给出压力容器的使用年限。设计者在设计时要认真考虑设计容器各方面的影响因素，提高其可靠度，不断减少其安全隐患。设计者可根据压力容器材料的耐腐蚀能力、最大腐蚀速度及内外部受到的压力差等，计算出此压力容器的最大腐蚀承受度及最大腐蚀速率后，可依据公式计算出容器的安全使用年限。其次，由于外部使用环境对于容器有较大的影响，设计者应模拟最恶劣的使用环境中推算其使用寿命。最后，设计者图纸设计时还应考虑到使用者对其寿命的影响，设计者应在图纸中标明使用条件，规范要求容器使用中的承压部件的状况、容器壁厚等参数。

压力容器属于厚壁接管，一般都需要进行补强设计。设计中可参照壳体材料的特点、性质、功能等进行优选和设计，要保证接管补强材料的材质同压力容器壳体材料性质一致，全面维护金属材质的融通性。在选择厚壁接管补强方法时，要确保接管材质强度等级同被开孔容器材质强度等级保持一致，然而，强度等级过高的接管材料并不能发挥正面的补强功效，甚至会有负作用，这会在整体上影响容器结构的牢固度与稳定性。如果接管材料强度等级较低，则需对接管壁做增厚处理，保证其良好的补强效果，同时适度控制接

管的有效流通面积，需要多重操作，不仅增加施工工序，也难以控制和确保开孔补强效果，有损容器功能与作用的发挥。设计时可采用无缝钢管技术，也可采用锻件加工技术，来优化厚壁连接补强技术，有效控制容器补强的误差，如果补强设计的压力很小，对于补强的质量与效果要求相对较小时，因此可以采用厚度适宜的无缝钢管，相反，则应该选择锻件加工技术。此外，设计中还可引入内伸管，所选择的内伸管的长度大小会在很大程度上影响接管的应力强度，一般情况下，内伸管越长，接头部位的应力强度则越小，而且通过引入内伸管，也能够发挥增强补强的功能。

2.3设计时强化材料和热处理要求

车用气瓶应当按照规程、有关安全技术规范及国家标准与行业标准设计，设计文件应当由国家质检总局核准的检验检测机构进行设计文件鉴定，合格后方可用于制造。车用气瓶瓶体在进行材料设计时，应满足与所充装的燃气气体相容性的要求。制造纤维缠绕车用气瓶铝合金内胆的材料，应当具有良好的抗晶间腐蚀性能。盛装有应力腐蚀倾向气体的车用钢质气瓶，其瓶体材料实际抗拉强度不应当超过880MPa，实际屈强比不应当超过0.90。原材料无缝钢管表面应当采用超声检测，瓶体表面不得有褶叠、分层、裂纹等缺陷存在。采用气瓶标准规定以外的材料或者新研制的材料试制车用气瓶，其制造单位应当向国家质检总局提出试制申请，按照经批准的数量试制气瓶，其技术评审的结果经过国家质检总局批准后投入制造。如果现行气瓶采用标准以外的材料或新研制的材料，其材料制造单位应当按照经过技术评审的企业标准供货，车用气瓶制造单位，应当按照炉罐号对制造气瓶瓶体的金属材料进行化学成分复验，按照材料批号进行力学性复验，按照相应标准的规定进行无损检测、低倍组织复验。气瓶在制造过程中经过热处理改变材料力学性能，其所用的材料复验时可以不进行力学性能复验。

3　结束语

压力容器，尤其是车载气瓶的设计过程十分严谨，要严格执行国家的强制许可制度，设计人员也该具有较高的素质，把握好标准要求，不断提高设计水平，处理每个环节，不仅要遵守行业管理规范、标准的规定，还要充分优化设计方面的结构设计、计算方法、材料、焊接方法、检验检测等各方面,从而保证其使用安全。

参考文献：

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[3]寿比南.压力容器设计中有关问题的讨论[J].中国压力容器安全,2011(01):78-79.