化工压力容器设计不安全因素探究

周国风

摘要：化工压力容器是在化工行业中广泛应用的一种承压设备，它使用的环境一般较为恶劣，如需要承受较高的温度和压力，承载的内容物为有毒有害物质、易燃易爆品或者是具有较强腐蚀性的样品，这些条件就决定了化工压力容器需要较高的质量要求，需要具备极高的安全性。因此，在进行化工压力容器设计时需要综合考虑各化工行业企业的生产要求与特点，从设计方法上进行改进，更好的设计出耐酸碱腐蚀、承压性能良好的压力容器，助力化工行业的发展。

关键词：化工;压力容器设计;不安全因素

引 言

现阶段，多数工业企业在生产经营期间都大量应用压力容器，尤其是化工、炼油企业。压力容器的可靠性和安全性会直接影响化工企业的生产安全，甚至影响企业的经营。对于压力容器来说，设计压力和设计温度的确定是最基本、最重要的设计问题。按照容器的设计规范与要求，必须合理选择设计压力，设计压力是容器顶部的最高压力，比工作压力值略高。在进行容器设计压力确定时，应当先明确工作压力以及安全系数问题。所以在初期规划和设计过程中，就必须确保压力容器的安全性和可靠性，在后期建造与安装过程中，也需要注重合理性和规范性，全面维护化工企业压力容器设计的实效性。

1  化工压力容器的分类与设计要求

1.1 分 类

化工压力容器是一种密闭装置，具有较高的承压能力，可以用来储存化工产品，主要是液体与气体的储存。按承压力能力划分压力容器可分为超高压型、高压型、中压型、低压型四种;按存储内容物的类别可划分为无毒型、有毒型、剧毒型等;按容器生产工艺划分为热交换型、分离型、贮运型、反应型四种。不同类型与功能的化工压力容器，设计原理与方法不同，但在使用过程中也会出现各种问题，影响容器的使用，并对化工行业造成不利的影响，因此，需要重视压力容器的设计。

1.2 设计要求

在进行化工压力容器的设计前，需要综合考虑客户的需求、制造使用的材料、容器的结构、安全性、使用环境、容器盛装的物质等因素，综合协调各种因素之间的关系，确保压力容器满足化工生产与使用的要求。目前，常用的设计方法包括常规与分析法两种。常规的设计方法是利用弹性设计准则，计算压力、许用应力、容器尺寸之间的关系是通过壳体薄膜理论或材料力学推导而来的，设计中的关键点是设计方法、载荷和许用应力，它属于经验设计方法，对压力容器进行结构设计、选材使用、工艺制作等，始终控制局部应力，选用安全系数高的许用应力，重视弹性失效问题，提高设计的安全性。分析设计方法是基于应力分析数据，采用优良的选材与工艺标准，秉承塑性失效与弹塑性失效的准则，分类汇总应力并逐一分析计算各应力，针对不同的应力产生与破坏应力的形式，设计不同的元件厚度来应对。避免了应力设计中存在的各种不安全因素，并减少了材料的浪费，通过应力针对性设计，降低材料发生塑性变形的可能性，提高压力容器的载荷性能，因此，该技术在化工压力容器的设计中被广泛的使用。

2  压力容器设计中的不安全因素

2.1 压力容器使用年限过长

压力容器会随着使用年限的增加，性能逐渐的下降，质量也会有一定的下降，如果使用的年限过长可能会引发安全问题，但是在实际的生产中很多化工企业都忽视了压力容器的实际使用是寿命，很多已经超过设计年限的压力容器仍在使用之中，由于压力容器部分零部件老化比较严重，导致压力容易出现泄漏或者是其他安全风险。因此压力容器的设计需要尽量的提高容器的使用寿命，提升压力容器的安全性。关于压力容器的使用寿命问题很多化工企业都没有重视起来，另外在压力容器使用的过程中相关的维护保养工作也不到位，这在很大程度上加速了压力容器的老化，化工企业不重视压力容器的使用寿命以及维护保养工作的主要原因就是压力容器的更换以及压力容器的保养都需要一定的资金投入，这虽然可以在一定程度上为化工企业节省资金，但是却给化工企业的长远发展带来了不利的影响。

2.2 压力容器的选材不合理

压力容器的选材问题是影响整个设计效果的关键性因素，在进行材料选择的时候应该结合压力容器的应用情况、结构特征等进行综合考量，尽量满足企业生产和发展的需要，严格按照相关的规定进行材料的选择，避免压力容器使用过程中出现渗漏或是腐蚀现象，还要结合相关的环境和人为因素进行综合考虑。

2.3 压力容器热处理问题

多数设计人员比较注重压力容器的封头和壳体的热处理，没有注重弯管的热处理问题。按照钢板热处理的相关文件能够看出，在一般情况下，必须对钢板冷成型且变形量超标的受压元件进行热处理。当压力容器盛装有较强腐蚀性或毒性液体时，钢材厚度在成型之后会减少，并且会形成不均匀的残余应力，为了确保安全性，相关规范要求對于变形率超标的设备必须通过热处理工艺确保材料恢复原有性能，对容器壳体与封头进行热处理。设计人员一般会特别注意该问题。但是在弯管设计期间，很多人却容易忽视热处理问题，从而导致材料出

现变形超标导致的性能指标不合格问题，不满足相关规定与标准。

2.4 压力容器制作过程中容易变形

化工压力容器的制作过程是非常复杂的，而且每个施工步骤都具有连带效应，其中一个施工步骤控制不好就很容易造成压力容器的变形，比如多层筒体内筒焊后再进行层板焊接就很容易造成变形，对后期的使用过程的安全具有不利影响。如果压力容器制作过程不注重细节很容易造成容器产生焊接裂缝，导致泄漏，严重影响使用过程中的安全性能。

2.5 压力容器焊接问题

在制造压力容器期间，也必须关注到焊接作业工艺。多数压力容器质量问题都会表现在焊接制造环节，压力容器焊缝错边、未焊透、未熔合、裂纹、咬边等都是严重影响产品质量的因素。因此，当焊接工艺设计不理想时，就可能会降低容器的强度，导致容器承压能力不足，质量和安全性无法保证。

3  压力容器设计中提升安全性能的有效措施

3.1 使用年限设计

针对目前压力容器使用普遍超期的问题，在进行压力容器的设计时需要考虑到压力容器的整体结构，以及压力容器的使用场景，通过优化设计的方案，提升压力容器的使用年限。可以有效的提升压力容器的经济性，提升使用的安全性。在设计环节中要特别重视提高压力容器的耐腐蚀性，因为压力容器的老化以及性能下降，在很大程度上都是由于老化导致的，通过提升压力容器的耐腐蚀性，能够有效的增加压力容器的使用年限。另外，在进行压力容器的设计时，设计人员需要对引起压力容器的不安全因素进行逐项的分析，保证设计方案的科学性，全面性。

3.2 合理选择设计材料

压力容器设计阶段的材料对其整体的安全性能具有重要作用，是设计合理的关键所在，所以应该进行压力容器材料的合理选用，根据压力容器的设计原则和使用要求进行材料的选择，还应该充分考虑环境等方面的因素，选择最优的材料进行制作，还应该准备一套材料备用方案，确保整个压力容器的制作过程顺利进行。比如可以利用多层包扎式氨合成塔作为压力容器的设计材料，氨合成塔筒体是一种具有很多优势的压力容器基础材料，能够节约成本，底部的三通需要进行高温加工，剩余的配件只需要将温度控制在200℃左右进行制作，管筒材料一般都是16Mn，底部的三通材质为15CrMo;在进行锅炉的材料选择的时候应该注重温度和耐腐蚀性能的考虑，选择较为合适的锅炉材料配件，管材利用为12Cr2Mo1，壳程温度控制在250℃左右，材质选择Q345R，还应该考虑到高温状态下的热管冲刷，应该使用适

当规格的防冲板促使得热管的受热均匀，更好地发挥换热作用。

3.3 压力容器的热处理

热处理工艺可以提升压力容器的稳定性与安全性，因此需要将热处理工艺重视起来。在进行压力容器的热处理时不仅需要对接口处以及外壳进行热处理，还需要对弯曲管道进行热处理，热处理的温度要严格的进行控制，因为在高温的作用下金属材料会产生性质的变化，不合理的温度控制会使材料的基础性能受到影响，导致在材料在焊接后会有较大的应力，针对不同材料的热处理应该区别对待，防止因为热处理不当对压力容器的整体性能造成影响。另外在压力容器的加工

制作中，要防止因为工艺不当导致的变形问题，需要格外重视焊接的工艺水平，在进行焊接后的热处理时，焊接处很可能出现碳化的现象，对压力容器的整体稳定性造成很大的影响，出现这种现象的原因与压力容器的材料有很大的关系，因此需要重视压力容器材料的选择。每个加工环节都需要进行严格的控制，防止压力容器的变形，从而提高压力容器的稳定性与安全性。

3.4 控制容器焊接变形

在焊接操作过程中，压力容器可能出现变形问题，应当按照容器具体情况对焊接工艺进行设计。在容器焊接时，首先应当进行整体定位组装，之后再进行焊接。为了确保焊接受力的均匀性，应当合理安排焊接顺序。压力容器组合焊接时，还应当注重焊接收缩量的数值问题。为了避免焊接部位出现变形，可以考虑使用反向预变形的焊接工艺，这样有助于减少焊接变形问题。针对由于内应力所致容器变形问题，需要采用焊接后进行热处理的工艺。焊接内应力多出现于大温度梯度情况下，因此应当根据标准要求考虑是否提前预热容器的焊接区域到适当的温度，避免焊接残余应力及变形过大的问题产生。针对由于设计误差所致变形问题，必须详细检查模具和样板是否按照标准尺寸进行设计，这样能够降低由于容器形位误差所致变形问题。在降低形位误差期间，应当深入分析热胀冷缩问题，避免误差过大，设计合适的预先收缩量并满足制造要求。

3.5 提升设计人员设计水平

设计人员的设计水平是整个化工容器的关键环节，通过加强设计人员的企业制度的培训，提升设计人员遵守管理制度的意识。通过聘请专业技术人员对本企业的设计人员进行技术培训，培训的内容应尽可能的全面，包括专业知识、压力容器安装、维修、加工工艺等。

结束语

综上所述，是本人对压力容器设计的概念的分析，并对化工压力容器设计中的不安全因素进行解析，最后提出有效的措施提高压力容器设计效果，促进化工压力容器的安全性的提升，保证化工企业的正常生产和运营。只有注重压力容器的热处理技术的实施、避免各项因素导致压力容器的变形，对压力容器的设计和制作材料不断强化，就能不断提高化工压力容器的可靠性和安全性，为化工企业实现更多的经济利益打下基础。

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