谈压力容器设计中的常见问题

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摘要：随着我国工业化建设不断发展，压力容器的应用越来越广泛，压力容器的设计是制造压力容器的一个重要步骤，它的准确性和恰当性关系到压力容器的整体质量。文章给出了压力容器的定义，分析了压力容器的设计要求，并探讨了其设计过程中的常见问题。

关键词：压力容器；设计；常见问题

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 压力容器定义

压力容器（pressure vessel），是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。压力容器是一种特种设备，其存在着爆炸的危险，在投入生产和使用之前有着多个环节，包括设计、制造及检测等等。这些环节中设计是一个重要且关键的环节，直接影响到压力容器的质量，所以对其进行设计时应当符合其制造标准，对此我国已经进行了明确的规定。

2 压力容器设计标准

（1）压力容器的设计之一是保证其安全可靠地运行。在进行化工生产时，很多的工作介质都存在着腐蚀性和毒性，仅危害的程度不同，并且还有少部分的工作介质具有易燃性，在使用的过程中容易发生火灾和爆炸，具有一定的危害作用。因此需要在使用压力容器的过程中一定要稳定的对其操作，保证运行安全和可靠性，如果压力容器遭受到外力的破坏出现了破损，导致了内部工作的介质产生了泄漏，这些介质都存在着能量，会短时间内聚集并发生爆炸，带来的后果将十分的严重。另外，由于需要生产具有连续性，所以一旦压力容器收到了损坏，就会对其他设备的安全造成一定的威胁，甚至会出现一系列的连锁效应。所以在进行压力容器的设计过程时，需要对其使用过程的耐热性、抗腐蚀性以及安全性进行充分的考虑。

（2）压力容器在设计过程中要考虑到其使用寿命。因为压力容器的工作介质具有腐蚀性，在使用压力容器的过程中会造成内部材料的腐蚀，这种现象在化工业的生产中尤为突出，由于腐蚀作用，在压力容器使用过程中，容器的内壁会不断的被腐蚀、损耗，导致内壁变薄，因此在设计的过程中要留有一定的腐蚀余量。

（3）在设计压力容器时还要考虑其安装过程是否简单易行，维修过程的便捷性，以及在生产和使用的过程中，各个环节可能出现的问题都要进行全面的考虑，这样才能保证压力容器使用过程的安全性以及可靠性。

3 压力容器设计中存在的问题

3.1 材料

选用化工生产的钢材时需要对设备的压力、温度以及介质的特性等进行充分的考虑，而且还要考虑到经济上的合理性和可行性，仅仅注重材料等级的提高是盲目不合理的。

（1）如果设计的压力容器压力等级较高，体积较大，设备的壳壁较厚时，就不能再使用碳素钢这种材料，因为这种材料会使压力容器的壳壁加厚，导致质量增加，不仅浪费材料，还会相应的提高制造、运输以及安装等一系列的费用，使得工程造价提高，经济效益降低。所以在控制强度的时候，如果壳体的厚度超过了8毫米时，在设计时就应该首先选用低合金钢。如果所设计的压力容器使用过程中收到的压力较小，容器体积较大，主要考虑的钢度的控制以及结构的设计时，就要尽可能的选用普通的碳素钢。

（2）HG20581-1998《钢制化工容器材料选用规定》中要求“同时符合下列条件的高温压力容器主要受压元件用钢应按炉罐号，复验设计温度下的屈服强度值，其值不得低于相应许用应力值的1.6倍。包括：设计温度大于300℃；设计压力大于1.6MPa；钢材厚度大于等于20毫米；钢材主要截面以承受一次薄膜应力为主，且其厚度取决于强度计算的结果。”

（3）如果压力容器的材料需要逐一的进行超声测试时，除了按照GB150、GB151和《压力容器安全技术监察规程》中的相应规定之外，还需要遵守HG20581-1998《钢制化工容器材料选用规定》的相应要求，即：压力容器的压力大于等于1.6MPa时，在设计的过程中使用的材料也有相应的规定，受压原件以及换热器管板需使用不锈钢复合板，并且使用超声波对其进行探伤实验。壳体以及封头的复合板要设置间距为200毫米的格子线，以及50毫米的折边的区域，并在开孔边缘的外侧，25毫米以内的区域中进行探伤实验。

3.2 法兰

在设计法兰的要求中，我国有着严格的标准和规范，不同种类的法兰在使用时都有着详细并且严格的要求。进行压力容器的设计过程中，设计者往往忽视了法兰的使用要求，不能严格执行设计标准，有效的选择合适的法兰，使得法兰的使用不合理，在使用的过程中就容易导致法兰发生变形和泄漏的现象，使得法兰的使用寿命大大的缩短，带来一定的经济损失。在压力容器使用过程中，由于其受理情况不同，所以不同种类的法兰有着其自身的受力侧重点，所以设计者在设计的过程中要正确合理的对法兰的类型进行选择。首先，应该依照所设计的压力容器的压力状况、环境温度以及介质特性等情况选取相应的法兰材料。其次，材料的选取要综合考虑选材的要求，按照标注进行一定范围内的适当调整，并考虑相应的附加要求。

3.3 分气缸

设计压力容器的分气缸时，常常对分气缸的进出气口之间的有效距离不能进行充分的考虑。所以在设计时，要考虑其具体的工艺参数，确定二者之间的合理距离，这点事十分重要的。同时分气缸开口和环焊缝之间的距离也是设计过程中需要重点考虑的问题。应该避免开孔的位置处于焊缝处，并且要保证开孔位置和焊缝之间存在一定的距离，这样才会使得局部应力的影响达到最低，保证分气缸安全可靠地运行。同时在设计时，还有根据具体的设计要求对分气缸进行合理的设置，使得支架的稳定性得到一定的加强。

3.4储气罐

设计储气罐的过程中应该重点考虑其材质的问题，因为储气罐需要一定的抗压性，所以对于材质的要求十分的严格。不要仅仅只考虑压力容器的抗压性能，而不重视材质的选取。在设计过程中还要对储气罐长度和直径的比例进行合理和充分的考虑，使二者的比例符合设计要求的范围，不要一味的只追求罐体的直径，而不考虑长度和直径的比例是否合理。

4 压力容器设计中存在问题的解决措施

（1）材料的选择。在选择材料时，要综合考虑材料的抗腐蚀性、强度、钢度，以及是否具有合理的经济效益。选材合理可以降低材料的厚度以及生产成本，而且结构的稳定性可以使得由于抗压强度不足或者是泄漏所产生的事故得到很好的避免，使安全性得到增强。

（2）法兰的选择。在选择法兰时，对于其规格具有严格的规定，不同部位的法兰选择的标准不同，在进行选择时要进行充分的考虑，包括设备的压力、温度、介质特性以及允许法兰工作的最大压力，防止因为对其没有全面考虑而使得设备运行过程中出现安全问题和隐患。在选用法兰过程中，要注意以下几个问题：第一，遵守JB/T 4700-2000《压力容器法兰》中的对于对法兰的腐蚀裕量的规定，即乙型法兰腐蚀裕量为不大于2毫米，长颈对焊法兰腐蚀裕量不大于3毫米。在设计时，如果压力容器的腐蚀裕量超过了腐蚀裕量的要求时，通常会因为没有注意到以上的规定而选取了标准法兰，这就使得法兰的设计存在问题。第二，遵守JB/T 4700-2000《压力容器法兰》规定：连接长颈法兰的圆筒厚度不应当小于JB/T 4703中规定的最小厚度δ0，并且圆筒的长度不应小于（DNδ0）1/2。如果对接圆筒的厚度小于这个标准时，应该依照JB 4703中的规定对于法兰的总高度进行调整，其他部位的尺寸则不进行改动，同时要标记中进行注明。第三，遵守JB/T 4700-2000《压力容器法兰》中的规定：当长颈法兰的工作压力超过本标准中所规定的允许最大工作压力的0.8倍时，必须对法兰和圆筒之间的对接焊缝进行100％的超声波测试，并且结果要符合超声检测Ⅰ合格标准。

（3）对于分气缸设计中存在的问题，其解决方法主要是增强对进出气口之间距离的控制，设计的过程中需要对其进行合理和准确的计算，使得二者之间的距离更加的精确。

（4）设计储气罐的过程中，对于储气罐如何选取材质和设计尺寸要特别的注意，其中储气罐长度和直径之间的比例问题要尤为重视，使它们的比值控制在设计要求的范围之内，而且还要充分考虑到在实际使用的过程中储气罐的使用性能如何。

5 结语

通过以上的分析我们可以看出，在设计压力容器的过程中，很多关键性的技术室不能被忽略的，例如法兰和材料的选择问题，一旦这些问题没有被重视，会对生产和使用过程带来一定的危害，所以我们在设计的过程中要防止这些错误的发生，要对压力容器的设计过程进行规范，并且提高科技人员的设计水平。

参考文献

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