试论化工设备压力容器规范设计及发展

曾雨清

（什邡市同佳机械有限公司，四川 德阳618400）

化工设备压力容器（图1）在现代社会化工行业的生产作业过程中具有重要地位，其整体性能直接关系着化工生产的安全性、可靠性与便利性，同时也会影响化工行业的生产过程成本高低。基于此，化工设备压力容器的整体性能至关重要，建议技术人员从设计环节入手，把握设计路径，开展规范设计，以此提高压力容器的密闭性、运行能力，获得更高性能的压力容器，提高化工生产线的运行效率，为我国化工行业的良性发展做出一份贡献。

图1 压力容器

1 压力容器的规范设计要点

1.1 材料的选择与设计

化工行业的生产过程中，压力容器接触到的化工产品一般具有较强的腐蚀性、易燃易爆性及毒性，若处理不当则容易发生火灾、爆炸甚至毒气泄漏，造成人员伤亡。因此，我国政府针对化工设备压力容器的设计提出明确标准及规定，为化工设备压力容器的质量提供保证。在规范设计的过程中，建议技术人员结合具体的国家规定标准，灵活选择合适的设备材料，以此保证压力容器的整体质量与性能。一般情况下，不同材料在性能、防腐蚀方面略有不同，这些材料的使用会对压力容器质量产生直接影响。

技术人员要充分了解每一种材料的不同性能与属性，把握其利用价值，对比不同材料的性能，以此促使压力容器各部分的设计符合规定标准[1]。金属材料是较为常见的压力容器材料，比如：钢材料、有色金属等；随着科学技术水平的不断提升，有机材料逐渐代替了金属材料，在使用不同材料的过程中，技术人员要结合具体的用途与设备结构，明确对材料性能的目标需求，以此严格选择材料，比如：针对金属材料中高强度、高性能、不耐腐蚀、容易发生形变的特点，将其运用到合适的部位，充分发挥金属材料的性能优势，扬长避短。

1.2 容器结构的规范设计

从化工设备压力容器结构（图2）的角度进行分析，在现阶段的设计过程中，一些技术人员采用的设计方法较为单一，没有结合不同的容器结构及部分进行针对性设计，促使压力容器的整体性能较弱，容易发生故障，不利于维护化工生产过程稳定。基于此，建议技术人员结合化工设备压力容器的实际使用与发展需求，在结构设计的过程中分别考虑所选用材料的温度条件、抗压条件、材料属性、抗腐蚀条件、强度条件等，考虑生产成本，从而优化结构设计。此外，为了进一步提升压力容器的利用率，可以考虑压力容器的结构连接方式，选择快拆式的密闭结构，在一定程度上减少主螺栓的使用频率，简化压力容器的维修拆卸流程[2]。

图2 化工设备压力容器结构

2 压力容器规范设计中的关键技术

第一，储气罐的设计。储气罐是化工设备压力容器中的关键零构件之一，这一部分的设计对于材料的选择具有较高的要求，建议技术人员选择具有较高强度的钢材，以此满足储气罐的抗压许可要求。但是，在设计的过程中，切忌一味的考虑抗压能力，而是要结合抗压需求与材质需求，考虑储气罐的长度与直径之间的关系，控制二者之间的比例，保证比例参数能够符合国家相关标准，同时也不能够过于追求储气罐的直径参数。此外，还需要充分考虑储气罐的实际使用需求，比如：作为常温储存设备的储气罐设计，技术人员就要结合其使用需求与具体温度参数，考虑周边环境对于温度的影响，以此调整参数细节，优化设计。

第二，开孔补强的设计。技术人员可以分别从利用补强圈、整体补强的方式展开设计，以此实现补强的目标。技术人员可以结合压力容器的开孔直径选择合适内外径的补强圈，通过适当增加补强圈厚度的方式促使补强金属接近容器上的开孔位置。整体补强的开孔方式结合开孔补强技术，结合具体参数进行计算，增加壳体厚度，或用全截面焊透的结构型式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊。因此，技术人员需要根据不同的压力容器结构及具体参数情况，结合特定的比例设计，从而规避工艺局限性[3]。

第三，管法兰压力等级设计。在压力容器的设计过程中，技术人员要把握管法兰的压力等级设计，此时需要分别考虑温度额定值、耐压试验压力的影响。一方面，技术人员要结合不同的温度环境，测试管法兰在不同温度下的最大工作压力值，尤其是温度参数较高时，要把握管法兰压力等级的临界点，以此掌握压力容器的整体工作能力；若忽视对温度额定值的关注，则会造成管法兰的压力等级无法满足化工设备压力容器的运行需求，留下安全隐患，在后期使用的过程中造成后果严重的作业事故。另一方面，技术人员，要开展设备水压试验，测试管法兰的耐压程度，提出明确水压标准；在测试的过程中，要控制设备水压压力值不高于管法兰常温工作环境下最高工作压力值的1.5 倍。

第四，分汽缸的设计。在这一环节的设计过程中，技术人员要特别关注压力容器中分气缸的出汽口与进汽口之间的距离，通过控制距离参数，保证分气缸部分性能稳定。在实际设计过程中，技术人员要结合国家相关标准，根据具体工艺参数，提出明确的出汽口与进汽口的距离；还要严格控制环焊缝与分汽缸开口之间的距离参数，尽可能的避免在焊缝周边的位置开孔，以此降低局部应力影响程度，提高分气缸的运行能力，保证分气缸能够正常运行[4]。

第五，气密性试验的设计。气密性是化工设备压力容器的重要性能之一，若压力容器的气密性不足，存在泄漏的情况，则会影响化工设备压力容器的运行能力，不利于维护化工行业生产安全。建议技术人员结合“新容规释义”中的具体内容与要求，开展气密性实验，并且在实验的过程中保证安全附件装配完整，且控制超压泄放装置压力始终在“最高允许工作压力”的范围之内，最终计算压力、强度，选择合适的材料材质、规格及结构，实现规范性设计。

3 化工设备压力容器设计的未来发展前景

在现代社会经济快速发展的背景下，化工设备压力容器设计规范化发展具有良好的前景，这主要是由于科学技术水平不断提高，压力容器设计可选择的材料范围愈发广泛。在选择材料时，技术人员可以选择纳米材料，这是一种较为新颖的微观材料，这一材料具有耐热度较强、韧性较高、质地轻薄、强度较高的特点，在未来的压力容器设计与制作的过程中具有良好的应用前景，能够起到不可替代的作用。此外，据有关研究表明，我国正在研究一种综合性能远高于纳米材料的，具有较强耐磨性、裂痕修复性的人工智能材料，且在不久的将来就能够运用到压力容器的设计与制作中；在这一实验及设想中，能够利用这种材料的热学性质、磁学性质、化学性质、力学性质，实现光热及光电的转换，对我国化工设备压力容器的制作与发展具有重要意义[5]。

4 结语

综上所述，在我国社会经济快速发展的背景下，化工行业得以发展，压力容器作为化工生产过程中的重要设备，其设计必须严格遵循相关标准规范，以此保证压力容器的整体性能，提高化工生产过程的可靠性与稳定性。在化工设备压力容器规范设计的过程中，建议技术人员分别从材料与结构入手，提高压力容器的运行能力，保证压力容器的质量；之后，要关注压力容器的设计细节，分别考虑储气罐、开孔补强、管法兰、分汽缸、气密性试验等不同环节的设计细节，全面提升压力容器的整体性能，促进压力容器设计的规范化发展。