化工压力容器设计及不安全因素分析

杨丽霞，王春霞(山东宏达科技集团有限公司，山东 济南 250300)

0 引言

压力容器在多个行业当中都有着广泛的应用，尤其是在炼油以及化学行业当中起着重要的作用。通常来说压力容器是罐体，在设计的过程中需要考虑压力和温度两个重要的影响因素。在实际的设计和制造过程中，要严格根据实际的生产要求来合理地设置压力容器的压力值，从而保证实际运行参数与设计相一致，促进压力容器正常稳定的运行。压力容器的设计过程中，要综合考虑多方面因素，并积极改进设计和制造中的不足之处，以提高整体的设计水平，保障化工生产顺利、稳定地进行。

1 化工压力容器的分类与设计要求

1.1 基本分类

压力容器作为化工生产当中一种常见的密闭装置。整体来说，化工压力容器的使用环境相对比较恶劣，需要承受高温和高压，这些都决定了化工压力容器对设计和制造有着较高的质量要求。按照承压能力通常将压力容器划分为低压型、中压型、高压型和超高压型；而按照其内部储存物质的类型，可以分为无毒型、有毒型和剧毒型；按照其生产工艺，分为分离型、反应型、贮运型和热交换型。根据实际生产情况的不同，来选择相应类型的压力容器。由于分类的不同，其具体的设计原理和方法也都存在着一定的差异，因此，在设计过程中要保证压力容器的安全性，以免影响其正常使用，对化工行业生产造成不良影响。

1.2 设计要求

在化工压力容器设计过程中，很重要的一点就是要根据实际生产工艺和用户的需求，以及压力容器的使用环境、工作条件等，选择合适的制作材料。对其内部结构、盛装物质等进行了解，综合协调之后，再对压力容器的设计和制作工艺进行确定，从而使其能够满足实际化工生产和使用的要求。在此过程中，根据实际需求和功能的重要程度来进行设计，从而保证压力容器制作完成之后能够满足用户需求。

压力容器设计方法包括常规法和分析法两种。一般来说，常规的设计方法主要是在一定弹性设计准则之下，推算出压力容器与尺寸之间的关系，这是一种比较典型的设计方法。在对压力容器的结构进行设计的过程中，要对局部应力进行控制，并注重其安全性，从而保障压力容器设计合理。

分析设计方法是其设计过程中主要利用一定的分析方法，基于应力来对具体的数据参数等进行分析。相对来说，采用的工艺标准相对比较严格，在弹塑性失效准则为指导的前提之下，逐一进行应力计算与分析。分析设计方法可以节省材料，且针对性设计能够使容器使用更加的方便安全，降低材料变形的概率，从而提高容器的载荷性能。通常来说，这样的设计方法在现实中应用比较广泛。

2 化工压力容器设计的重要性

化工生产过程十分复杂，若不注重设计，则会降低设备的使用效果，甚至还可能在生产过程当中产生安全隐患。对压力容器进行合理设计，不仅可以提升设备使用的稳定性，使整体的生产线路性能输出得到提升，而且能够拓展设备的应用范围，使其性能持续的保持先进性。还能够保证压力容器设备输出数据的准确性，从而提高整体的产品质量与生产效率[1]。

3 化工压力容器设计中的不安全因素

3.1 使用年限因素

压力容器与其他的设备或者物品都有着相同的特点，那就是随着使用年限的增长，其实际的性能也会逐渐发生改变。并且在运行和使用中，由于各类外部因素的影响，使得材料质量下降，而且很可能会带来一系列的安全隐患。经过大量的研究表明，一些化工企业不重视压力容器的使用年限问题，很多压力容器已经超过规定使用年限，却仍然没有被替换或者清除。结果部分零部件或者结构出现腐蚀变形或者老化严重的问题，很容易导致压力泄漏，在具体使用过程中，很可能会增加事故发生的概率。也有部分企业没有重视压力容器使用过程中的维护保养，使得压力容器老化速度加快，使用寿命大大缩短。因此，压力容器设计之初，就应该要采取多种措施来提高其使用周期，保证其安全性。同时，还应该将维护保养因素考虑在内，企业也应该在这方面增加资金投入，保障化工企业生产稳定进行。

3.2 材料因素

在压力容器使用过程中，材料因素的影响也是至关重要的。能否准确合理地选择好材料，也直接关系着压力容器的性能。某些设备或者产品的性能不佳或者使用周期过短，很大程度上是由于选择的材料质量低劣造成的。选用不同的生产材料，也会得到不同质量的产品。在实际对压力容器进行设计过程中，要考虑多方面的影响因素。

整体来说，压力容器设计制造过程中，根据不同部位的性能选择相应材质的材料，从而提高材料的利用率，降低成本。最重要的是材料的应用应该科学合理，保证最终生产的压力容器性能能够满足实际生产需求。

3.3 热处理技术因素

在大多数压力容器的设计和制造过程中，设计人员更加注重封头以及壳体的热处理，对弯管的热处理问题却没有足够的重视，这样一来则会严重影响到压力容器使用的安全性。整体来说，化工压力容器的设计应该对所有的零部件结构考虑到热处理性能。在设计过程中，不能仅考虑成本，还应该考虑整体设计的安全性和实际性能。化工压力容器的某些部位若缺少热处理，则会极大程度上影响压力容器使用的安全性。因此，在实际压力容器设计的过程中，应该根据使用材料以及具体零部件的情况来做好热处理，从而避免材料出现变形或者压力容器性能不合格等问题。

3.4 制作中变形问题

化工压力容器整体的制作过程非常复杂，工序繁多。不同的步骤之间也都存在着连带效应，若是在某一步骤上面对相应的参数等没有控制好，就很容易会造成压力容器整体外形的不稳定，极有可能发生变形，比如冷加工及焊接工艺就很容易引起变形等情况。在制造期间，若由于操作技术不佳、工艺不规范，也可能会造成与设计之间的误差，导致其具体配置变形。

3.5 焊接问题

在压力容器的制造过程中，焊接作业及工艺也是非常重要的。大多数产品的质量问题都会出现在焊接环节，比如焊缝错边、未焊透等都会影响到压力容器的最终质量，使其在使用过程中容易发生安全问题。因为焊接质量直接影响压力容器的整体质量[2]，所以在焊接时，既要保证人员的安全，也要保证焊接质量。

4 压力容器设计和使用中提升性能的措施

4.1 提升使用年限

不少的化工生产企业对压力容器具体使用周期不够重视，又或者当设备超过了使用期限以后不能及时更新设备，这会给生产安全带来极大的威胁。因此，对此应积极地采取有效措施，从而提升压力容器的使用年限。一方面，化工企业必须意识到超过应用期限后对产品安全所产生的危害；另一方面，从压力容器的设计之初就考虑多种外界因素的影响，优化设计方案采用最佳的材料，以保证能够满足实际使用需求，并且延长其使用年限。比如，要注重提升整体结构的耐腐蚀性，如果盛装的一些化学溶剂腐蚀性比较强，则会使设备极易老化，而通过改善和提升其耐腐蚀性能够增加其使用年限。除此之外，还应该对各项性能进行模拟和分析，排除不安全因素，以保证设计方案更具合理性。

4.2 提升设计人员水平

化工压力容器设计人员的整体素质和专业水平是一项关键的内容。若想要提升化工容器的质量，就要保证设计人员具备一定的水平。企业通过加强培训等，使其遵守相应的管理制度，按照具体工艺要求和生产标准进行设计。在培训过程当中要全面兼顾各方面的知识，包括压力容器的使用、安装、加工工艺，以此保证整体设计的合理性。同时要求相关人员持证上岗，如果离开工作岗位6个月以上，要重新进行考核，考核通过后再上岗工作。

4.3 选择合理设计方式

通过对比分析设计和常规设计可以看出，在分析设计过程当中，采用计算的方式来确定相关参数可以降低材料成本等支出，且有着更高的标准，在具体执行过程中相对也比较简单。而常规设计主要是参照最大应力进行设计，虽然拥有比较高的安全性，但是会耗费比较高的成本。因此，设计时要根据使用环境以及成本等各方面的因素，来选择合适的设计方法，在保证压力容器质量的前提之下，使得企业的生产成本得以控制。

4.4 选择合理材料

化工压力容器生产中材料是比较重要的一项影响因素。在设计过程中要选择合适的材料，这也是保证压力容器使用安全的重要基础。如果材料选择不合适，设计方法再好，也难以保证具体使用的安全性。因此，要根据压力容器的设计标准和原则，以及具体的使用环境等各方面的要求，选择最佳的材料来进行生产。具体来说，选材过程按照以下几点：一是要根据其内部的结构特点、强度等要求，评估所需材料的厚度，只有保证厚度均匀，才能够使其所承受的压力保持稳定；二是在选材过程当中，还应该对各类材质的强度、耐腐蚀性等基本属性有所了解，进行评估比较之后选出最合适的材料；三是尽可能选择一些性价比高的材料，既能够保证生产需求，还能够有效地控制成本[3]。

4.5 处理变形问题

针对压力容器容易出现变形这一问题，要对焊接技术进行优化和提升。做到焊接技术的规范应用，在实际组装和制造之前先要进行模拟组装。另外，在实际安装过程中，利用十字架内支撑的方式，可以极大减少焊接变形问题的出现。最后，针对内应力因素而引起的容器变形，利用热处理技术进行焊接。一定要认真对待变形问题，提升焊接技术，并不断进行技术的优化。

4.6 合理运用热处理工艺

合理规范的使用热处理工艺能够提高整体的安全性和使用稳定性。对于接口处以及壳体进行整体热处理，另外也不要忽略弯管等位置。在此过程当中还要注意，若温度控制不合理则会影响到材料的性能。因此，在对不同的材料进行热处理时，也应区别对待，以免因操作不当而影响到压力容器的整体性能下降。

5 结语

综上所述，在化工企业生产过程当中，压力容器的设计工作是非常重要的，对压力容器的运行起着关键作用。但由于会受到多种因素的影响，因此要采取积极的措施进行改善，从而保证压力容器设计的安全性和合理性，保障安全生产的同时，也能够促进化工企业自身不断发展。