压力容器设计\制造中常见问题及分析

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摘要：对压力容器设计和制造的过程中出现的一些问题进行了论述，得出了要重视压力容器设计和制造中的每个环节，为压力容器制造业提供相关建议和帮助，解决设计制造遇到的实际问题。

关键词：压力容器、设计、制造、问题、分析

中图分类号： S611 文献标识码： A

1、前言

压力容器是一种特殊的焊接结构，容易发生事故且事故的危害较为严重。随着压力容器的应用范围不断扩大，数量不断增加。在化工、炼油、医药等行业中，压力容器几乎成为生产中的主要设备。设备的增多，随之而来的安全问题，显得非常突出。保证压力容器规范生产和安全使用，是从事压力容器设计、制造以及维护人员义不容辞的责任和义务。现有压力容器制造由设计、机加工和铆接、材料、焊接、计量理化和检验等部分贯穿于整个过程，各部分相互联系，协调，制约，共同完成压力容器产品的制造。本文基于压力容器制造的构成和特点，从设计和制造两方面,分析了压力容器设计制造过程常见的问题。

2、压力容器的现状

压力容器在化学、化肥、炼油、石油化工等行业应用广泛，在液化石油气、化工原料气的储运，核电站设备中也起着重要作用。因此，压力容器制造业有着举足轻重的作用，在国民经济中占有非常重要的地位。

中国是生产压力容器大国，在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。设计的合理性、生产技术先进和安全使用的维护，使得国家依据自己的生产技术和管理要求制定出了适合于本国国情的相应安全法规和技术标准体系。随着世界经济的一体化，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势和不足，改变观念，与国际压力容器设计、制造、维护共同发展。

3、压力容器的设计

由于石油、化学工业的生产过程复杂,设备生产工艺过程中任何一台设备出了事故,都会使生产无法继续进行,甚至会危及人身的安全。因此,石油化工用压力容器设计需要注意以下几方面：

3.1设计标准的选用。一些设计单位因为对压力容器的制造检验标准不熟悉，或对新老标准的替换不了解，造成在设计时的标准选用不正确。特别是材料的新老标准替换，许多设计人员认为无关紧要，甚至把新老标准混为一谈，这种不正确的想法和做法，往往导致制造厂采购部门在采购材料时，只认材料牌号而不重视材料的执行标准有些产品有专业的标准，用户订购的产品规格超出专业标准的适用范围，而产品的某些工艺参数除此标准外又别无标准可以依据。此时，产品的设计 制造检验等环节，只能是参照此专业标准而不能完全按照此标准，而这些在设计图样的技术要求中均未注明。

在这样的情况下，所有压力容器必须根据其类别由具有相应设计资格的设计单位进行设计审核，由制造单位工艺人员编制相应的制造工艺文件，并经工艺责任工程师审核后方可正式投入生产。

3.2设计结构和选材。在满足压力容器使用条件下，选择不同的壳体尺寸，可以得到不同的设备质量，从中选择最佳的结构尺寸组合，使设备质量最小，从而减低设备造价。同时，针对不同的设计压力和温度，对压力容器钢板的选用也有不同的要求，作为压力容器设计者选用钢材时应该注意：压力容器用钢应符合相应国家标准和行业标准的规定，不应片面追求高强度材料，要做到强度与塑性及韧性的综合考虑、强度与可焊性的综合考虑；应注意厚度与性能的关系，厚度愈厚，各项指标值均有所下降；应注意介质的腐蚀性，需要通过标准规范查阅、走访调查、以至试验研究才能做到选材合理。同时，还应时刻关注压力容器钢材发展的变化和动向，及时采用国家或行业推荐的新材料，以生产出既安全性能高又满足节能降耗要求的压力容器。

3.3设计材料的代用问题。由于我国压力容器材料供应方面的问题以及部分制造厂解决库存材料的需要，制造过程中的材料代用，是目前我国压力容器建造中常见的现象，面对这种普遍现象，《固容规》中2.13放宽广对材料代用的管理规定。材料选择是设计过程中的重要技术内容，应作为设计质量保证始终贯穿于压力容器建造过程。尽管材料代用解决了一些压力容器制造过程中的实际问题，但也引发了诸如职责不清、不当代用等现象的发生。因此，在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行性，慎重决定。在“以优代劣”原则的情况下，还应考虑如下因素：

(1)代用材料的强度级别是否影响到容器类别的划分。

(2)材料对工作介质的相容性。如应力腐蚀、晶间腐蚀等。

(3)代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求。

(4)代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等。

(5)代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。

事实上，材料代用是压力容器的一种设计变更，单纯考虑“以优代劣”的原则，仍然是产生安全隐患和管理混乱的主要因素，压力容器的设计、制造单位必须充分协商，在考虑到各种可能影响压力容器安全使用因素的情况下，慎重决定材料代用方案。

3.4设计的使用寿命。影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀,它会使容器器壁减薄,甚至烂穿,因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。对某些强腐蚀性物料,在设计时要选用适宜的耐腐蚀材料,或在结构设计中采取防腐措施,以达到所要求的设计寿命。

4、压力容器的制造

压力容器能否安全运行，除了取决于合理规范的设计外，压力容器的制造质量也有非常重要的位置。就制造过程中遇到的一些问题，也作了以下的探讨：

4.1制造过程中发生加工尺寸变更的处理。在压力容器制造过程中常常发生加工尺寸变更的情况。如一塔设备筒体高18m，采用的钢板公称宽度1.8m，这样刚好用10节筒体，但实际钢板宽度为1.8～1.82m不等，为了节省工时，多余的宽度不切割，如此一来，塔的总高就会高出约100mm，而在设备竣工图上这一更改却没有反映出来，致使管道专业在确定设备上管道标高时仍按原来的标高，这样给设备的安装和管道布置都将带来不应有的麻烦。所以在制造过程中，若加工尺寸变更应在竣工图样上直接标注，标注处应有修改人与审核人的签字。

4.2工艺文件的严格执行。为确保压力容器产品质量，必须制定正确合理的工艺文件。但是更重要的是在制造过程中，执行已制定的工艺文件。在非标压力容器制造过程中，往往存在工艺纪律执行不严 ，甚至未经合理手续随意变动工艺的现象 如未按评定合格的焊接工艺进行焊接，在筒体表面随意引弧 ，强行装配，外观检查不合格就进行检测，对焊缝进行锤打 ，耐压试验时密封不严，或带压紧固螺栓，保压时间不足，压力表量程未在1.5~3.0范围或压力表超期未校验等。

4.3无损检测。无损检测是保证压力容器产品质量重要的检测手段，射线检测是目前压力容器焊缝质量检测中应用最为广泛的一种为达到较好的检测效果，必须事先制定符合容器检测要求的检测工艺对于非标压力容器来说，因其产品类型 规格结构不一，通用工艺不能完全运用，应该制定专用的工艺卡。对此，制造厂家往往不是很重视 单凭经验操作而不制定专用工艺卡，使检测结果不能满足标准要求 另外，20%检测存在检测比例不足及扩探比例不足等问题，特别是20%检测检测，计算长度小于250mm，这点常常被忽视当射线检测发现问题时，必须进行返修且重新检测，还要对该部位进行扩探，直到消除安全隐患。

4.4复合板制造压力容器需注意的问题。复合板材料基层和复层应贴合良好，因此，在用复合板生产之前，仍然需要进行复验，对贴合程度进行抽查，不允许任何超标缺陷存在。在机械切割时，复层朝上，注意防止复层表面的损伤。制造后需要焊后热处理，热处理规范按照基层材料进行。对耐晶间腐蚀要求较高的设备，复层材料在基层材料热处理后再进行焊接。对基层和复层进行切割和焊接时，为了防止飞溅及熔渣粘到到复层材料表面，影响材料的性能，应在复层表面涂以保护涂层。

5、结束语

压力容器的制造过程，从设计图纸的工艺性审核、制作工艺的编制、材料的验收入库到制作、检验与验收的各个环节，都是至关重要的。任何一个环节出现问题，都会影响压力容器的最终质量，所以只有澄清概念，统一思想，达成共识，才能使我们的压力容器制造水平更进一步。

参考资料：

1、《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009

2、《压力容器》GB 150.1~150.4-2011

3、缪春生，崔建国，马 歆. 压力容器制造过程调研及若干问题的探讨 [J]. 压力容器，2008，（11）：56-57.

4、杨武.浅谈压力容器的设计[J].湖南农机.2007，9（11）：170～171