基于压力容器设计问题的探讨

李桂菊

摘 要 本文在对压力容器设计分析的基础上，对压力容器设计中的开孔补强、管壳程压力；换热器的结构以及接头焊接等问题进行了分析。

关键词 压力容器 管壳程压力 换热器 接头焊接

中图分类号：TH49 文献标识码：A

1压力容器设计概述

在设计上，对于压力容器的材料、壁厚和直径等都要认真分析和计算，这些必须依赖于设计压力、温度和介质特性。因此，在设计过程中，参数的合理性，计算的准确性至关重要，设计流程要严格对待，必须具备标准化和精准化两个特质。为了保障容器的质量，在设计时要认真有效的分析设计参数。在此基础上，才能了解其设计标准，以防出现问题，比如：参数设计不达标等问题。压力容器的受力结构非常重要，这是工作中安全运行的基础。对于容器壁的设计，也不能忽略口径和支座，好的设计应该具备罐体均匀和受力良好的特点。

2压力容器设计容易忽视的问题

在压力容器的设计、制造过程中，通常都会以标准和规范作为依据对其的设计、制造进行约束。但在实际设计、制造过程中，往往会忽略标准规范中一些说明而导致错误的发生，对于标准件的选用，没有充分考虑到设计条件对标准件的修正，而直接选用，从而直接降低和影响压力设备的使用性能与安全可靠性。下面对压力容器设计中几个容易忽视的问题进行分析：

2.1储气罐的设计问题

对于储气罐的设计，对其罐体的材质有着很高的要求，要选择合理的钢材来满足其抗压的需求。切忌过于追求压力容器的抗压能力，而忽视了材质的选择。在储气罐设计的过程中，要充分考虑储气罐罐体长度和直径之间的关系，尽量把两者之间的比值控制在设计的要求范围之内，不能过于追求罐体的直径。同时，在设计的过程中需要合理考虑罐体的实际使用性能。

2.2开孔补强的设计问题

（1）利用补强圈进行补强。补强圈的内外径比例要随着容器的开孔直径的变化而变化，以满足在压力较大时，相同厚度的圆筒补强圈与相同面积下的补强方法不匹配的要求，伴随着由小变大的开孔直径，补强圈的内外径比例也会由小变大。当开孔直径比较大时，容器壳体补强范围不会变化，但是补强圈减小了外径，此时圆筒所承受的内压厚度在计算厚度中的比例较大，补强的可用面积则极小，不能达到补强同等面积的要求，这时应适当加大补强圈的厚度促使补强金属尽量接近开孔位置。

（2）换热器管箱设计的补强。换热器管箱的开孔离不开开孔补强，并且要对其进行计算，设计补强圈，是为了弥补管箱长度与补强范围不匹配的缺陷，这也体现了工艺的局限性。因此，即便设计了补强圈，但是其效果不能达到要求，假如没有根据比例画图，就非常容易忽视这个问题。

2.3管壳程压力问题

在设计管壳程压力时，必须是正压，试验壳程压力与管程试压的压力不相等，前者低于后者，因此在设计时，可以利用前者推动后者，以提升后者的数值。使用该方法后，大多工作人员了解后者压力提升后，在水压状况下，要对圆筒的周向应力进行测试。但是不重视其他受压元件的结构和强度。

（1）管法兰具有的压力等级。在提升了试验壳程水压的压力后，不能采用正常的情况操作，因此，也不能选择壳程管法兰相应的等级压力，这给正常运转带来威胁。因此，相关规定表示，试验水压的压力要比规定温度情况下无工作冲击压力小，并且小1.5倍。

（2）管板具有的强度。为了确保安全，在试验壳程压力与试验管程压力相等时，要对管板进行校核。校核过程中，将设计管程压力作为壳程的压力，并且设计管程压力数值为零，在没有温差的状况下，模型的计算可以根据不带法兰的固定管板进行。

2.4接头焊接的设计问题

圆筒经线的半径曲率与球形封头及圆筒连接的环向接头位置有关，其如果变化，那么设计结构也会产生相应的问题。根据规定，这一规定依据焊接接头GB150分类方式，分为A类接头和B类接头，这两者的区别在于前者承受力为纵向，后者的承受力为轴向，一般在圆筒中，前者是后者的2倍。针对球形封头与圆筒连接的环向接头，可以使用削薄方法缩短半球球壳，削薄封头球形在几何图形上的简体部分，也可以使用堆焊的方法将封头球形的局部厚度增加。削边筒体端部方法的优点是受力好，缺点是是制造材料的成本增加，因为其无折边曲度的深度大，因此要权衡其利弊。

2.5分气缸的设计问题

在对设备分气缸进行设计时，分气缸的出气口与进气口之间的有效距离是比较容易被忽视的。因此，在设备分气缸的设计过程中，需要根据具体的工艺参数，对出气口与进气口间的有效距离进行确定。同时，合理控制好环焊缝与分气缸开口间的距离也是非常重要的，应尽量避免在焊缝处进行开孔，并且还得确保两者之间要有一定的距离，从而降低局部应力的影响，确保分气缸的正常运作。在对分气缸的支架进行铺设时，支架的位置需要根据设计的实际需求合理的设置，不能随意确定，尽量加强支架的稳定性。

2.6气密性试验的设计问题

带有安全阀、爆破片安全装置的压力容器，当盛装的介质特性要求或不允许有泄漏时，要求在水压试验后做气密性试验，且试验时应当将安全附件装配齐全。新容规释义里面提到，为了避免安全附件的开启难以完成试验，超压泄放装置的动作压力应采用比设计压力更高的压力，但不得超过最高允许工作压力。需要注意，设计人员不要按照最高允许工作压力作为计算压力进行强度计算，这样做可能造成材料的浪费，有时候可能板厚就刚好需要上升一个层次。本来常规设计就较分析设计不能有效利用材料，再这样一来，就更加浪费，而实际运行设备时并不会达到这样的一个压力，仅仅是为了气密性试验的需要。设计人员只需在SW6计算里输入最高允许工作压力进行校核（耐压试验应力校核）即可。

3结语

压力容器的设计必须充分考虑压力容器使用过程中的安全性、抗腐蚀性、耐高低温以及疲劳作业等因素，因此对于其的设计，必须做到科学合理。本文的主要目的是强调在对容器压力的设计过程中，相关人员比较不重视的问题，以增强其的设计安全性。设计人员应该重视在设计过程中容易忽视的问题，减少由于技术问题而产生安全事故的发生，确保生产正常运作，避免不必要的经济损失。

参考文献

[1] 束怡.压力容器设计中容易忽视的问题研究[J].中国高新技术企业，2012（07）.

[2] 黄毅斌，王飞，屈英琳.压力容器设计过程中易忽视的问题探析[J].中国石油和化工，2012（09）.