压力容器设计常见问题分析及解决措施

林向红，黄爱军

（1.浙江省绍兴金泰容器制造有限公司；2.浙江省龙盛薄板有限公司，浙江 绍兴 312369）

压力容器设计常见问题分析及解决措施

林向红1，黄爱军2

（1.浙江省绍兴金泰容器制造有限公司；2.浙江省龙盛薄板有限公司，浙江 绍兴 312369）

压力容器设计中时分析其设计合理性成本以及使用的安全性，非常重要。分析了压力容器设计常见问题，提出几点提高压力容器使用效率的方法。

压力容器；设计；常见问题；应对方式

随着压力容器的使用量越来越大，对设计提出了更高的要求，要保证其使用的安全性，同时还要求经济实惠，同时满足这两个方面，就要进行合理的设计，采取一个有效的、科学的方法设计压力容器。而一个符合市场需求的压力容器，不仅仅是要具备基本功能，同时其使用安全性也是使用者提出的要求。压力容器设计中一般包含有结构、刚度还有强度、密封设计等设计内容。本文就压力容器设计常见问题进行解剖，并提出几点相应的处理措施。

1 压力容器设计常见问题分析

1.1 经济性

考虑其安全性能，针对材料的选择，就要考虑设备温度承受力、设计压力、材料之间焊接，以及各个介质之间的特性，对于冷热加工性能和容器结构进行整合分析，同时，还要分析其经济性。压力容器造价一般与设备材料和总体的质量有直接联系。而在设备总质量中，容器壳体质量占有很大一部分，特别是包含有较大内容的容器，它的壳体质量占有设备质量的80%～90%。所以，在容器能正常使用的情况下，在利用材料方面，可以选择一些价格比较低但同样能满足正常容器的使用，从而有效的降低成本。另外，还可以选用更为合理的结构尺寸，这样可以降低整个壳体的质量，达到降低设备造价的目的，从而实现经济合理性。

1.2 材料 许用应力跳档

对压力有比较高要求的容器，一般它的封头是比较厚的，而封头的形成存在减薄量。容器筒体在热成型过程中，也会出现一定的减薄量。部分设计人员在进行这一环节的计算是，对封头和筒体的减薄量没有分析透彻，在制造过程中加入成形的减薄量，这样就很容易增加材料厚度，直接降低材料的许用应力，设厚度不足，因此，设计人员在设计过程就要对厚板类型的材料的许用应力跳档等问题进行分析。

1.3 非标法兰设计

将《压力容器法兰》作为参考依据，使用的公称压力小于6.4MPa，而对应的公称值直径小于800ml；根据《钢制管法兰、垫片、紧固件》中的提出的标准，其中于较大直径的法兰，公称压力小于16MPa，公称直径小于200ml。但在实际设计操作中，针对容器直径和设计压力，一般已经超过了以上所说的指标，对于这一种现象，设计法兰时，对其结构的尺寸要经过精确计算，以满足强度方面的要求。

1.4 忽视设备使用寿命

一般对任何一个产品的寿命均有要求，特别是像压力容器这样设备（图1），对其使用寿命有着更高的要求，寿命太短会直接增加生产成本，一般对容器寿命的规定内容包括。在初步设计时，将有关单位标明好，并标注预计使用的年限，而对于使用过的器具同样要做好标注，这一点往往很容易遭到忽视。对于设备使用年限的考虑，一般预计使用年限的做法，对使用年限做到一个把控，将对设备使用年限影响的因素考虑在内，比如哪一种优质材料能有效延长压力容器的使用寿命，比较同一材质下，按照标准设计压力容器底部是否会更加坚固，计算公式为：容器底部受到的压强P=P1+P2=ρ液gh+mg/S，并且不一样的设计方案对容器的质量也具有一定的影响，设计者要给予足够的重视。

2 压力容器的设计应对方式

面对新技术、新材料的不断发展，给压力容器的发展带来一定的挑战。客户提出更高的技术要求，设计者不得不转变之前的设计观念，为了能最大限度满足用户的要求，可以通过合理的降低对应力计算严格度，可增加许用应力数值，有效提高设备的安全性，进一步的优化其设计，并采取以下几项措施。

图1

2.1 材料的选择

压力容器对使用材料的要求比较高，要有良好的温度承受力，要具有较好的耐受力，就需要良好的焊接功能，并做好结构性和密封性工作，所有指标符合指标要求后，在经济状况允许的条件下，对使用安全性能进行优化。

2.2 秉持区别对待的原则

设计容器时要重视区别对待。不同的应力呈现的失效表现是不一样的。有时即使位于同一个应力中，但是由于分布的有所区别，形成的失效表现也会有所区别。压力容器中带有许多负荷，像压力容器内部以及外部形成的压力，容器自身的重量（图2），还有容器和外界间的温度差、容器内部零件也会带来一定的压力，容器要承受多种负荷，而多种类型形成的负荷一般在容器上表现为三种力，一是初次应力，二是二次应力，三是峰值应力。三种应力有时会一起出现，有时候会单独出现，所以，要分情况区别对待。

图2

2.3 优化强度属性

当对压力容器承受力的要求比较高，而容器的体积又很大、结构层厚时，一般在这样的情况下不需要采取传统Q245R碳素钢方面的材料，这样反而会增加壁的厚度，无法达到理想的强度，可以使用低合金刚材料。如果对承受力没有太高的要求，壳体壁厚度没有具体要求，就可以采取一般的碳素钢材料即可。将两者区别的方法，就是计算壁厚厚度以8mm作为参考条件。压力容器壁厚方面的计算公式：额定容积=额定装载质量(吨)/密度(吨/立方米)。同时还会涉及到有效容积的计算方式：有效容积≤额定容积×110%。

2.4 重视设计细节

在进行设计时注重细节，在进行热处理时，主要是在冷成型、温成型的压力容器元件方面，设计者在开展设计时，要对设备开展的主题做到心里有数，筒体工艺编排都要进行分析，但有时。很容易忽视接管和封头及其附件进行热处理工艺编排同样考虑在内，未能将细节方面的处理好，设备设计容易出现短板，从而容器的寿命也并不理想，设备安全性无法得到保障，这对于后期使用带来很大的安全隐患。因此，设计者在进行容器设计时，要重视设计中的细节处理。

3 结语

以上对压力容器设计常见问题及应对方法进行了分析。根据设计者的设计水平，优秀的设计者，可对容器设备材料的选择总结出最佳方案，并对容器内部结构设计以及有关的受力情况进行分析，并做好设备护理工作，延长容器使用寿命，增加其使用安全性，使得设计更具科学。同时，还有一个需要注意的问题，使用计算机设计方式和预计数据结果不作为参考，不能根据实际环境变化做出相对应的调整，这对于压力容器使用时间还有使用者都会带来一定的影响。所以，设计者要根据设计有关原则设计要容器，设计过程中，将所有的因素考虑在内，提高容器质量，保证其正常运行，从而有效的提高生产效率。

[1]王雅丽.关于压力容器设计中常见问题及设计优化的探讨[J].科技与企业，2013,5(22):369.

[2]李英锋.低温压力容器设计常见问题分析[J].化工管理，2013,6(20):110.

[3]孟雅薇，葛志强.关于低温压力容器设计的若干问题的分析[J].科技创新与应用，2012,6(32):114.

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