我国压力容器制造的主要特征和存在问题

杨正海　张维俊

摘 要：压力容器是现代工业最常用的存放具有有毒有害、高压、易燃易爆等特点的气液体的空间，其安全性、稳定性直接影响一线操作者的生命安全，及设备周围的财产安全。由于压力容器的特殊性，国家制定了一系列的强制技术规范和标准，保证其制造的稳定性、经济性和使用年限的要求满足，同时考虑制造过程中存在的问题，加以综合制造。

关键词：压力容器；制造；主要特征；问题

在现代社会，随着经济的发展，一些易燃易爆的气体和有毒有害的液体需要储存或者运输，化工上使用的压力容器有别于一般容器，就是用于存储或运输那些特殊的气体或液体，属于一种特种设备，容易造成群死群伤的恶性事故。但是压力容器的压力等各方面要求，随着科技的进步，社会的发展不断提高。压力容器在制造过程中涉及到很多技术参数，这些参数根据国家《钢制压力容器——分析制造标准》（JB4732—95）进行相关制造，保证压力容器的正常使用。

1 有关概念简介

根据国家技术标准规定，给出了所谓的压力容器就是正常状态下容器内壁可以达到的最大压力大于100Pa；而且内径大于15mm（如果是方形截面，就是高和宽或是对角线）；并且容器中存放的是高压气体或是沸点较低的溶液等，压力容器是用于天然气、汽油等化工产品的储存或运输设备。一般的压力容器包括支座、筒体、法兰、密封设备、开孔及接头等结构组成。另外，还有安全设备、压力表等显示设备。由于压力容器中存放的是高压气（液）体，如果保管不当，很容易造成人员伤亡和财产损失等，所以每一个国家指派专业人员定期开展检查其压力耐受情况等。

2 我国压力容器的强制标准及制造特征

压力容器的制造要求和国家在这方面的技术标准都是根据其实际生产实践过程中的用途决定的。压力容器存放的是高压易燃易爆的气（液）体，有些介质还存在很强的腐蚀性，对压力容器的要求十分苛刻，下面总结一下国家有关标准及制造特征：

首先，提高安全系数，化工企业使用的压力容器首先能够完全承受生产过程中对其内壁的高压、高温、高腐蚀等要求，压力容器要从材料、焊接缝、开孔补强等方面做出具体制造，以满足国家标准的要求。一旦压力容器老化不再能满足国家标准，将引起恶性事故的发生，有毒有害的气液体将从压力容器中流出，污染环境，危害人民生命和财产安全；如果压力容器爆炸，体内的高压气液体将释放，不比一个炸弹的威力小。

其次，定时报废时间严格把关，使用年限的出现原因是压力容器中的气液体可能具有很强的腐蚀性，这就是压力容器出现使用年限要求的因素之一，腐蚀介质在压力容器中运动还将加快对其内壁的腐蚀速度，另外还有压力长期超过工作压力，临界压力时，对压力容器的使用年限也有很大的影响。同时在制造时，要进一步考虑以后的维修简单，这样一来可以有效降低维修费用及维修难度等。

最后就是经济要求。压力容器制造是，考虑到安全，但更要考虑经济性，经济性和安全性表面上是矛盾对立的，如何将压力容器制造既经济又安全，使用年限长，这就是要平衡好这一对对立统一的问题。

3 制造方法进一步探索

压力容器设备属于特种设备，有严格标准和规范，其制造方法有一般和剖析两种制造。所谓的一般制造就是按照国家标准规范性步骤一步一步制造，一般制造就是一种经验制造，理论支撑就是弹性实效准则即容器中的最大应力点达到屈服极限时，材料实效，所以在制造计算中，考虑的都是最大应力，另外根据经验值，得出安全系数，并偏高选取，保障其安全性能的实现。剖析制造主要是一种根据压力容器存有气液体时，分析其表面及内壁的压力分布，然后进一步制造结构。由于其计算量大，要求精准性高，剖析制造充分利用计算机技术，剖析制造利用弹性应力分析和塑性实效准则和弹塑实效准则等多种理论支撑，充分制造计算存在的各种应力分布。

4 制造中尚需解决的难题

压力容器在制造过程中，还有一些问题需要进一步考虑和关注。

首先，开孔补强涉及的方面，任何容器都要打孔，开孔的直径、位置等问题都是要考虑制造的。当孔的直径较大时，内壁补偿压力区域发生变化，即区域面积缩小，这时将补偿压力的材料尽可能靠近开孔处。

4.1 开孔补强的相关概念

一般情况下，压力容器都会有开孔工艺，开孔的目的主要是接管的安装需要，还有就是为了进一步有效检修的需要，平常维护的需要，开孔后，压力容器的周应力将发生变化，需要重新考虑应力分布情况，肯定直接影响压力容器的整体强度，为压力容器造成威胁，对其安全、稳定、可靠的保障造成直接影响，尤其是开孔的那部分区域存在着受力不均的问题，形成局部的高压力和另一部分低压力，使之差值逐渐拉大。另一方面，工业中的环境情况恶劣造成了压力容器长期暴露在风吹日晒中，开孔部分更是容易造成腐蚀的地方，其安全性造成威胁，同时开孔处也是连接处，密封的整实性也是值得考验的地方，容易造成破损，给压力容器带来更多的威胁因素。国家关于《压力容器》（GBI50—2011）技术规范中提出了通过开孔补强来弥补开孔造成的各种威胁可能，开孔必须补偿压力。

现在社会科技发展，针对这三种截然不同的应力有三种不同的制造方案和思路，确保压力容器的安全可靠，下面逐一介绍。

4.2 开孔补强的制造思路及具体方法

第一种方法及思路：补强圈板制造，满足弥补部分薄膜应力，也是开孔补强的主要方法，在这一领域经常使用。该种方法就是將补强板焊在壁内，实质就是增加部分区域的壁厚，从而增强开孔区域的器壁强度，削弱了部分薄膜应力的分布。压力容器的生产中，将一块钢板焊在器壁外壁上比焊在内壁更加容易操作，一般生产过程中，我们还是将其焊在容器壁外。

第二种方法及思路：厚壁接管补强，此种方法也是开孔补强的重要手段。此种方法的第一项工作就是管体材料的选取，选取依据就是要和器壁材料一致，至少是属于同一大类，这样的话，材料特性及强度大致一样，就算是发生了塑性变形，两部分之间的连接处不存在走形开裂等问题。材料特性及强度选取强于压力容器器壁的材料作为接管是错误的思路，这种影响是反面的，焊接时会发生塑性变形，由于接管与容器器壁材料的强度不一致，这种变形将造成焊接处开裂，甚至断裂情况的发生。接管的管体应选择无缝钢管或是锻造材料制作，降低误差产生，导致焊接出问题。无缝钢管所承受压力较好，适合于补强要求较高的压力容器情况，锻件材料较无缝钢管承受压力较低，补强要求不高时可以使用。

第三种方法及思路：整体锻材补强制造，该种制造将压力容器的整体应力全面削弱，而且此种方法最大的优点就是没有新的应力产生。相比以上两种方法思路，整体锻材补强效果是比较理想的，在加工焊接锻材与压力容器开孔处时，焊接的要求比较严格，这样的话经济效益下降，不利于节本增效。

最后，器壁压力问题，如果壳层压力小于管层压力（管壳型换热器），一般制造计算方法就是假设两者相等，再校对圆筒正常压力时的轴向应力。压力容器制造要兼顾工艺和安全两个方面，权衡二者，制造效果较为显著。

5 结语

压力容器的制造要求和制造方式牵涉到很多方面的问题，还有很多国家强制性的技术规范和要求，根据这些技术要求，寻求其制造方式方法，但是在制造过程中，还存在多种困难和问题，需要制造时加以综合考虑，有一些问题出现后，我们在制造时加以补救，例如一些承压实验不能做，在制造时，考虑增加材料厚度等办法来弥补。总而言之，压力容器是一种特种设备，其安全性、可靠性要得到完全的保障，不能出一点问题，不然后果不堪设想。

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