压力容器设计若干技术问题分析

摘要：压力容器结构设计是否合理将会直接决定压力容器的使用性能和安全性能。因此，要求压力容器设计人员对压力容器事故原因、容器结构安全设计、及容器结构对疲劳和寿命的影响有一个全面的认识，才能更好的把握压力容器设计过程中对结构的合理安排。本文就主要对压力容器设计若干技术问题进行了简要分析。

关键词：压力容器；设计；措施

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

压力容器的结构设计合理与否将会直接决定容器的安全性能，而且大多数事故都是由于结构设计不合理导致的。要想从根本上提高压力容器结构设计的合理性，不仅要求结构便于制造，以减少制造缺陷和提高设计质量，而且压力容器结构的检测要方便，从而确保每一个裂缝和故障都能得到及时的检修，确保压力容器结构的合理性、可靠性和安全性。

一、引发压力容器寿命特点和结构设计的基本原则

1、压力容器寿命特点

压力容器寿命的定义通常是以主要承压部件裂纹产生的过程为标志的。压力容器结构设计寿命主要是指对材质发生裂纹的预测期进行分析和计算。国外通常规定为30年，但由于设计的假定条件与实际运行模式存在很大的差距，从而导致设计年限发生很大的变化。在压力容器运行过程中，如果管理得当将会大大延长设备的使用寿命。同时，压力容器寿命的终结并不意味着该容器所有的元件都不能使用，只是部分元件产生了裂纹而以。从压力容器产生裂纹到元件的最终破坏失效所经历的时间称为裂纹的进展期。压力容器寿命管理的主要任务就是对裂纹发生和进展的期限进行分析和估算，从而更好的确保元件的安全运行，降低元件的寿命成本。

2、压力结构设计阶段应遵循的基本原则

锅炉结构设计应按照以下原则：

第一，方便工作人员日常检查；在压力容器结构设计时，要遵循方便对压力容器日常的检查，能够及时找到制造时压力容器的缺陷，以及在压力容器使用过程中出现的轻微问题，工作人员要及时的修复缺陷，有效确保压力容器在一定压力下正常的使用，尽可能避免不必要的伤害发生。

第二，制造工序简单；压力容器的制造工序越简单，越能确保压力容器的质量，提高压力容器的质量，才能减少问题的存在。

第三，保证压力容器整体受力平衡；压力容器出现破裂一般是因为局部应力较大，因此在锅炉结构设计上，保持其内部受到的应力水平相对均衡，避免压力容器出现应力集中。如果压力容器结构设计不合理，则会在容器局部出现应力水平高低不同，造成压力容器出现破裂，一般在容器焊缝的附近地方存在应力程度大小不同，因此，在焊缝时，要考虑到焊缝的受力情况，尽可能的维持压力容器局部受力平衡。

二、压力容器设计过程中常见问题的防范措施

1、压力容器设计使用年限问题的对策

针对这一问题，压力容器的设计人员需要在实际的设计工作中，认真掌握设计压力容器设计方面相关的技术规定与设计标准，在研究压力容器的使用寿命的问题上加大研究力度，注意到每个可能对压力容器的使用寿命造成重大影响的因素，运用先进的技术和高科技手段，从而更加准确的估计出压力容器的科学的使用期限，避免过长或者过短的预计其工作时间，为企业的生产增加经济效益，同时保证工作者以及周围人员的生命财产安全，真正做到安全生产。

对于压力容器的使用年限的估计具体的需要从以下几个方面入手，首先就是压力容器受到腐蚀情况的，压力容器如果腐蚀较为严重，则会大大缩短其使用时间，材料的均匀腐蚀性能的指标就包括了腐蚀速率。设计者需要根据容器的腐蚀速率来合理的对容器的寿命作出合理计算，与此同时要结合其具体的受到外力的情况，得到压力容器的最大腐蚀裕量等参数，这样就可以让预计出的结果更加的精确和科学。我们还要注意到，在获取相应的数据时，要注意到环境对实验结果的影响，在模拟实际环境时，要尽可能做到环境的逼真和复杂，以便更接近真实的设计环境，这样的计算结果更加接近实际工作时的数据，至于图纸方面的问题，则需要设计人员进行全方位的考虑，设定同一的使用规则，图纸上注明的数据要清晰准确，设计人员还要考虑到压力容器在复杂条件下工作时的有关因素，使容器的使用者对压力容器的各个性能更加的了解，清楚掌握其受力状况，此外还要定期对容器的消耗情况做好检查，进一步保证容器的安全性和可靠性。

2、合理的焊接接头问题

在压力容器结构设计时，焊接接头型式的选择对容器在制作时焊接质量有关键影响。各种对接接头的尺寸和基本型式要依据焊件的厚度来确定，而且每个范围的厚度通常存在多种焊接接头的形式可供选择，这时就需要根据容器制造厂的生产条件来确定了。对于生产条件有限的容器制造厂来说，可以选用X型或V型坡口制成的接头，因为该类型坡口的加工仅需要半自动气割机就可以完成。反之，则可以选用U型或双U型坡口制成的接头。但是V型坡口通常需要填充大量的金属，从而降低了焊接效率，而且焊接变形大，应力大，不适用于抗裂性差的钢材。因此，在压力容器结构设计时，合理的焊接接头是保证焊缝质量的关键。

3、压力容器材料改变问题的对策

压力容器的设计对于材料的选择是不断变化的，在不同阶段选择的材料不同，最值得注意的问题就是当设计时使用的较薄材料换成较厚的材料时，因为这样带来的影响是薄厚不同的钢板其连接结构不同，对于加厚的封头与壳体部分之间相互连接部分更应该格外注意，封头必须做好削边处理，此外，筒体和管板之间的相互连接，当厚度在很大程度上增加后，焊接部分的应力就会降低，这对于压力容器的焊接部分来说十分不利。除此之外，钢板的许用应力与厚度也有着密切的联系，有时设计者通过用较厚的钢板替代较薄的钢板，以为这样做可以更加牢固，实际上这是错误的想法，一旦以厚板代替薄板反而会为压力容器的应力预测带来困难，对估计的结果不准确，偏差较大，容易出现质量上的问题。因此，在设计时应尽量避免出现换板的现象，保证预计的准确性。

4、压力容器设计过程中热处理问题的对策

压力容器的热处理问题也是在设计过程中最为常见的问题，对于直径为400mm左右，厚度为20mm的碳钢或者低合金钢的容器进行接管设计时，设计成无缝钢管是最好的选择，低合金钢卷制也可以符合设计的要求，如果设计者采用了后者的施工方法，却没有注意到热处理的问题，极易影响压力容器的整体设计效果及容器的各项功能，使得接管环节出现某种问题，此外，过厚的钢板或者硬度较大的钢板，通常塑性较差，小直径但厚度较大的筒体钢材冷却卷曲后变形的幅度较大，相应的硬度，也会发生较大变化，主要是由于其内应力的增大，塑性的快速降低直接影响容器的正常使用，有时甚至出现轻微裂痕，极大的影响了压力容器的安全性，可能诱发危险的发生。对于厚度特殊的钢板，冷成型之后的还要追加退火的工艺，以达到提高钢板强度以及硬度和塑性。

5、加强压力容器结构可靠性设计

在采用传统方法进行压力容器结构设计时，通常需要将一些参数看做定值，如零部件的尺寸、材料的强度指标以及产生的荷载等，对引发这些参数变化的主要因素未给予全面的考虑，从而导致压力容器与零部件结构规定和尺寸的要求不一致。为了更好的考虑各类因素对相关参数设计的影响，可以通过可靠性设计来把一些或者整体参数看做随机变量来进行分析和讨论，并以概率统计法来计算，构建相应的统计模型，从而能够对压力容器结构作出详细的描述。在进行压力容器结构设计时，要按照国家规定的可靠性要求，压力容器结构及零部件的尺寸或应力进行全面计算，并且按照现存的容器及零件标准来查看其可靠性。

结束语

总之，压力容器的设计过程既要保证加工的工艺水平，同时也要兼顾到技术上的安全性，只有按照国家所规定的规章制度，正规生产才能制造出质量符合标准、性能稳定、安全性能较高的压力容器，从而达到很好的使用效果。