初探压力容器的设计与制作
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摘 要：我国压力容器制造企业大多制造非标准压力容器，无固定的流程，对于工件之间的传递与管理通常采用原始的转件与统计，工艺资料之间及过程控制卡等传递也是采用手工传递，这种方式管理者要获取相关部门生产运行进程，往往只能依赖于人工传递资料信息，而无法对生产进行宏观调控。因此，我国大多数现有压力容器制造企业的这种状况已经大大影响生产效率的提高，严重的影响了决策层对工厂生产宏观调控的及时性和有效性，对我国这个行业负面影响很大。
一、概述
压力容器的结构形式是多种多样的， 它是根据容器的作用、工艺要求、加工 设备和制造方法等决定的。一般由壳体 （筒体、封头）、连接件、密封元件、 接管和人孔（手孔）、支座等组成。壳体是压力容器最主要的组成部分。贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间，大部分是由它构成的，所以壳体的容积（直径和长度）大小往往是根据工艺要求确定的。其形状有圆筒形、球形、锥形、箱形和组合形等。最常用的是圆筒形、球形和锥形（组合型）三种。
圆筒形容器形状特点是轴对称，圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和装拆，因而获得广泛的应用。圆筒形壳体由一个圆柱形的筒体和两端的封头或端盖组成。一般的容器筒体，当直径较小时，可用无缝钢管制作，当直径较大时，用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在压力机压制成二个半圆，再把钢板边缘用焊接方法连接，形成一个完整的圆柱体。球形、园锥形壳体，容器壳体呈球形，又称球罐。
压力容器工艺参数是由生产工艺要求确定的，是进行压力容器强度计算、结构设计和安全操作的主要依据。压力容器的主要工艺参数有压力、温度、直径、容积、介质等。介质的压力，是压力容器在工作时所承受的主要外力。物理学中，压力是指垂直作用于物体表面上的力，把垂直作用于物体单位面积上的力，称为压强。工程上，习惯于把物理学中的压强称为压力。
二、压力容器设计的基本要求
压力容器设计必须保证所设计的压力容器安全稳定运行。设计产品应符合相应国家标准、行业标准的要求，应做到强度上得到满足，应力分布合理，制造工艺正确，检验严格。 应尽量使所设计的产品达到安全可靠，技术先进，经济合理。压力容器设计是压力容器质量保证的第一个环节，在这个环节中要全面地考虑到制造、检验、监控等相关环节的相关问题和技术措施。因此，在设计时，首先应分析所设计容器在工艺系统中的作用，以及用户提出的设计要求，以便全面确定压力容器所承受的各种载荷工作条件，包括载荷性质、压力和温度状况、介质特性、规格尺寸等基本特征，明确容器的正常工况和非正常工况，从而合理地确定容器设计的工艺参数。
在上述基础上，要决定应用何种设计规范进行设计，并根据规范的要求选择材料和确定结构。所选材料既要满足容器的抗失效能力，又要适应制造工艺。合理的结构和正确选用安全附件是容器安全的重要保证。最后，设计者需正确无误地完成包括强度计算书、施工图、技术说明书在内的压力容器设计文件。这些文件把压力容器的材料、制造、检验、监控等质量保证的各个环节联结成为统一整体。压力容器强度设计有三种失效准则。即弹性失效、塑性失效、爆破失效，三种设计准则都以各自失效形式而认定失效极限，且赋予相应的安全裕度，作为压力容器的许用工作压力值。我国目前采用弹性失效设计准则。
压力容器的结构反映了容器的综合特性，是压力容器设计的一项重要内容。良好的结构不但能满足生产工艺过程的要求，方便制造和检验，有利于保证容器的质量，避免或减少缺陷产生的可能性，而且能减少局部附加应力和应力集中程度，使受压元件具有良好的应力分布，在同等强度条件下有着更大的安全裕度。这对于目前大多数尚按常规设计的压力容器而言尤为重要，实际生产中确有相当一部分压力容器的破坏是由于结构不合理而造成的。
三、压力容器制作与质量检验
制作前对钢材的要求：制作容器本体及元件的材料必须具有质量合格证明书；制造容器所用材料应符合国家及部门制定的标准及图样的规定；制造容器所用的电焊条及焊接所用材料必须符合标准，并产品质量合格证明书。容器制造中要求探伤检查焊缝时，必须达到检查数量， 根据制造工艺确定加工余量，以确保凸形封头成形后的厚度不小于该部件的名义厚度减去钢板负偏差。冷卷筒节的钢材厚度不得小于其名义厚度减去钢板负偏差。制造中应避免钢板表面的机械损伤。对于尖锐伤痕、刻槽等缺陷应予修磨，修磨范围的斜度至少为1：3。修磨的深度应不大于该部位钢材厚度的5%，且不大于2mm，否则应予补焊。
当焊缝需要返修时，采用炭弧气泡或角型砂轮进行清理修口；焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次。如超过两次，返修前均应经制造单位技术总负责人批准，返修次数、部位和返修情况应记入容器有质量证明书；要求焊后热处理的容器，一般应在热处理前进行返修。如在热处理后返修时，补焊应作必要的热处理。
无损探伤：容器的焊接接头，经形状尺寸及外观检查合格后，再进行本规定的无损检测；压力容器的无损检测应由持有相应方法的“锅炉压力容器无损检测人员资格证”的人员担任；根据设备要求，对焊口进行探伤。
四、压力试验与质量检验
制造完工的容器应按图样规定进行压力试验（液压试验或气体试验）或增加气密性试验。压力试验必须用两块全量程且相同的并经过校正的压力表。压力表的 量程在试验压力的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力。容器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4～0.5Mpa的压缩空气检查焊接接头质量。
质量检验是质量管理的重要环节，必须坚持“质量第一”的方针，保证产品质量；质量检验工作实行“预防为主”、“防检结合”的方针，认真贯彻自检、互检、专检的原则，以专检为主，严把质量关，做到材料不合格不投产，毛坯不合格不加工，零件不合格不组装，产品不合格不出厂，产品出厂实行保修、包换、包退；质检部负责依照国家标准、产品图纸、工艺规程和有关技术文件、检验规程、检验工艺，领导和组织专职检验人员，对公司原材料、外构件、外协件进厂到产品出厂的整个生产过程的检验工作。