化工压力容器设计及不安全因素的探析

陆维松

（南通科赛尔机械有限公司，江苏 南通226400）

0 前言

化工压力容器在实际使用过程中，不仅要承受气体、液体压力的考验，而且还会受到化学介质的腐蚀影响。因此针对压力容器的设计，一般有着更高的要求，同时也面临着更多的不安全因素。为更好地保证化工压力容器的安全，有必要从设计方面入手，深入分析其不安全因素，并提出一些有效地解决策略，更好地保障化工压力容器设计使用安全性。

1 化工压力容器设计要求

在实际开展化工压力容器设计的过程中，通常需要先充分了解客户的实际需求，了解压力容器的工作条件，并以此为依据，选择合理的压力容器制作材料，并确定压力容器的结构形式。在此基础上，还应合理分清不同需求的重要性，做好合理取舍，从而保证后续压力容器设计能够有效满足化工生产实际使用要求。当下在实际开展压力容器设计时，通常会采用两种设计方法，第一种是常规的设计方法，主要在弹性设计准则的指导下，通过借助壳体薄膜理论，运用材料力学知识，推算出主要受压件的壁厚，这是一种典型的经验设计方法[1]。在实际对压力容器结构设计的过程中，针对选材、工艺制作等进行选择时，应加强对局部应力的控制，注重提升许用应力的安全系数，充分考虑弹性失效问题，从而更好地保障化工压力容器设计的安全性。第二种是分析设计方法，这种设计方法以应力分析数据为重要依据，采用的工艺标准比较严格，在弹塑性失效准则的指导下，针对应力进行分类汇总，并逐一进行应力计算分析。针对不同应力，明确其产生与破坏形式，并以此为依据，设计不同元器件，满足应力要求。从而有效提升化工压力容器应力设计安全性，减少材料浪费，不断降低材料发生塑性变形的可能性，促使压力容器载荷得到有效控制，因此这种设计方式在化工压力容器的设计中应用较为广泛。

2 化工压力容器设计不安全因素

2．1 压力容器使用年限因素

化工压力容器在实际使用过程中，随着使用时间的推移，容器性能会逐渐下降。因此一旦长时间使用化工压力容器，很容易导致安全事故的发生。在实际进行化工压力容器设计时，使用年限是一项重要的不安全因素，需要引起重视，尽可能延长化工容器安全使用年限，更好的保证压力容器安全。除此之外，在一些企业中，除了缺乏对化工压力容器使用年限的重视，而且也缺乏必要的维护，导致化工压力容器性能在加速衰退，从而在没有达到使用年限时，便已经有了“报废的倾向”，这对容器的使用也埋下了安全隐患。基于此，在实际进行化工压力容器设计时，还应充分考虑维护保养因素，不断提升化工压力容器的综合性能，尽量延长化工压力容器的使用年限。

2.2 压力容器材料因素

压力容器的材料分为母材和焊材，合理选择材料对容器的性能有着最为直接的影响，同时还能决定压力容器后续使用是否安全。因此容器材料的选择也是一项非常重要的不安全设计因素。在实际进行化工压力容器设计的过程中，针对母材选择，通常需要考虑到多方面影响因素，比如需要根据不同化工压力容器的工作条件以及所盛的化学介质，合理选择容器设计材料[2]，以及相应的焊材。总而言之，在实际设计过程中，应注重科学合理的选材，一方面，要保证压力容器的性能指标满足化工企业实际使用需求，另一方面，还应对容器不同部位选择不同的材料，从而尽可能地降低材料的使用量，提高材料的利用率，让每份材料均能充分发挥其应有的作用价值，有效减少设计制造成本。

2.3 压力容器热处理因素

针对化工压力容器的设计，通常还需要从制造过程出发，针对一些零部件结构，考虑其热处理性能，从而更好地保障化工压力容器的使用安全性。在当前，针对压力容器的热处理设计，通常都重视以下两点内容，一是焊接接头，二是容器自身。针对上述二者的热处理，将会对整个化工压力容器安全有着重要影响。此外，在实际设计时，不能仅考虑设计成本，还应注重考虑整体设计安全，一旦缺乏对化工压力容器必要的热处理设计，将会对压力容器使用安全带来不利影响。基于此，在实际开展化工压力容器设计时，应严格按照相关工艺标准，针对压力容器的相关结构，做好热处理设计。在这一过程中，应着重对关键结构件进行焊后热处理，从而有效避免因焊接产生较大的残余应力，影响化工压力容器的使用安全性。

3 化工压力容器安全设计策略

3．1 延长压力容器使用年限

从当下化工企业生产现状来看，针对压力容器的使用，很多企业依然缺乏对其使用年限的重视，经常在容器超出使用年限后，依然进行使用。面对这些情况，一方面除了加强宣传，让化工企业认识到超出使用年限应用化工压力容器的危害性；另一方面，还应从化工压力容器设计入手，充分考虑多种情况，比如化工压力容器工作条件、使用要求等，注重设计方案针对性优化，从而在特定的生产环境下，尽可能延长化工压力容器的使用年限，从而更好地保障其使用安全性[3]。比如在实际进行设计时，考虑到化工企业都存在很多腐蚀性较强的液体，且对液体存储压力有着较高要求，因此在实际设计时，考虑留有腐蚀余量，同时注重提升压力容器的耐腐蚀性与抗压性，延缓容器的老化，同时在产品说明书中注重强调化工压力容器使用维护检查，从而尽可能地在实际生产中延长化工压力容器的使用年限，更好的保证化工压力容器的使用安全。

3.2 合理采用压力容器设计材料

针对化工压力容器的设计，材料既是设计基础，同时也是维护容器安全的重要保障，一旦材料选择不合理，那么再精巧的结构、再合理的设计均不能够保证化工容器的安全。基于此，在实际进行化工压力容器设计时，注重材料的科学合理选用也非常重要。在实际设计过程中，除了要考虑化工压力容器的用途，还应考虑其使用环境等，从中进行综合分析，选择合理的材料，并使得材料尽可能兼顾多种要求。在此基础上，还应准备好一套材料备用设计方案，从而在后续压力容器生产过程中，一旦原设计材料使用出现了意想不到的问题，还可以有备用方案进行选择。例如，在强腐蚀性化学介质运用上除了运用不锈钢材料外还可采用钛-钢复合钢板，与介质接触里层选用钛材，外层选用低合金钢，这样更有利于节约成本。

3.3 科学应用热处理工艺

在实际开展化工压力容器设计时，热处理工艺也是一项需要着重考虑的因素。针对热处理工艺设计应用，除了要对容器自身实施热处理去除残余应力外，还需对压力容器一些重要的焊接接头，同样需要实施热处理[4]。在这一过程中，应严格控制热处理温度，避免材料受高温影响变性。与此同时，针对不同材料，还应注重体现热处理的差异性与针对性，以免由于热处理不当，对整个压力容器性能造成不利影响。此外，针对化工压力容器焊接后热处理设计，在焊接处，有可能出现残余应力，不利于整体压力容器的安全，因此还应合理选择压力容器材料，并立足每个加工环节，加强热处理工艺控制，有效避免化工压力容器变形，更好地保证其使用安全性。

4 结语

综上所述，化工压力容器设计是一项较为系统复杂的过程，在具体设计实践方面，通常会受到很多不安全因素的影响。基于此，需要提高对这些因素的重视，并对其进行深入分析，在此基础上，采取一些针对性应对策略，从根本上保证化工压力容器设计的安全性。