壓力容器設(shè)計常見問題及對策探討

1、探討壓力容器設(shè)計常見問題及對策壓力容器的設(shè)計質(zhì)量不僅直接關(guān)系到容器的使用平安性和可靠性，同時也影響著容器的制造本錢。本文首先分 析了壓力容器設(shè)計中的常見問題，然后針對問題提出了相應(yīng)的解決對策，以期為相關(guān)設(shè)計人員提供參考。作為化學(xué)、石油和科研等行業(yè)中的必要設(shè)備，壓力容器對于促進工業(yè)生產(chǎn)的開展具有重要作用。隨著現(xiàn)代工業(yè) 規(guī)模和領(lǐng)域范圍的擴大，壓力容器的使用也越來越廣泛。然而，由于技術(shù)缺陷等原因造成的壓力容器設(shè)計問題 仍經(jīng)常出現(xiàn)，其嚴重影響了壓力容器的正常使用和工業(yè)生產(chǎn)的平安。因此，加強有關(guān)壓力容器設(shè)計常見問題及 對策的探討，對于提高壓力容器設(shè)計質(zhì)量和平安性具有重要的理論和現(xiàn)實意義。壓力容器設(shè)計常見

2、問題壓力容器的設(shè)計步驟為：先確定客戶使用需求、分析容器適用條件，據(jù)此設(shè)定相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)；然后了解分析 容器結(jié)構(gòu)、選擇正確的工藝標準和標準、選取適宜的材料、計算容器強度和應(yīng)力范圍，以此確定容器所需要的 壁厚等參數(shù)；最后繪制容器設(shè)計圖紙，并提供相應(yīng)的技術(shù)文件和計算書。壓力容器設(shè)計是容器制造的重要環(huán)節(jié)， 其設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有：1.1 材料的選用問題材料是壓力容器設(shè)計中的重要組成局部，材料的選用將直接影響壓力容器的強度、結(jié)構(gòu)性能和使用壽命。材料 的選用經(jīng)常會受到用戶、使用的周邊環(huán)境、用戶的特別要求、容器的外觀大小等因素的影響。由于壓力容器通 常用于高壓高溫的環(huán)境中工作，其材料的選用勢必會影響到壓力

3、容器的耐腐蝕性能和內(nèi)外部受力情況，因此通 常情況下壓力容器的材料選用是有非常嚴格的規(guī)定。設(shè)計者在選用不同的材料前都需要確定材料的選用是否滿 足其使用條件、力學(xué)性能、耐腐蝕性能、加工性能、材料來源及經(jīng)濟性等使用要求。在實際設(shè)計過程中當用戶 要求壓力容器的材料需要減薄時，設(shè)計者一般都會對容器的內(nèi)外部受力情況進行重新分析，確定減薄后的耐腐 蝕程度；而當用戶要求壓力容器的材料需要增厚時，大局部設(shè)計者認為不應(yīng)當再重新進行各項受力分析，而實 際情況卻是容器變厚后會產(chǎn)生多個方向的拉應(yīng)力，容易引起平面應(yīng)變及脆性斷裂，對于這一點應(yīng)要十分注意和 重視。1.2 非標準法蘭設(shè)計由于在日常的設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)計壓力和設(shè)

4、備直徑等使用條件超過法蘭標準的法蘭，所以需要確定法蘭結(jié)構(gòu) 尺寸的設(shè)計及其強度的計算。而利用SW6 軟件進行法蘭計算時，經(jīng)常會發(fā)生計算的法蘭強度符合標準，實際制造安裝卻不符合要求的情況。如 SW6 軟件未設(shè)置相應(yīng)的螺母與螺栓圓中心距的匹配程序，而在設(shè)計中設(shè)計人員 經(jīng)常會對調(diào)整重要尺寸螺栓孔間距的問題欠考慮。當設(shè)置了超出規(guī)定范圍的螺栓間距時，法蘭很可能出現(xiàn)變形， 甚至破壞其密封性能；當設(shè)置了小于規(guī)定范圍的螺栓間距時，會造成扳手操作空間狹小，較難擰緊螺栓。1.3 熱處理問題根據(jù)相關(guān)的熱處理規(guī)定說明，在多數(shù)條件下都要對鋼板冷成形受壓元件進行熱處理，如低合金鋼及碳鋼；盛裝 高毒性、高危害介質(zhì)的容器；成形

5、后厚度減少10%以上的容器；有應(yīng)力腐蝕介質(zhì)的容器等。如果冷成形變形率不能滿足標準要求，就必須通過恰當?shù)臒崽幚韥硎共牧闲阅芡耆謴?fù)。而大局部設(shè)計者都會對壓力容器的封頭、 殼體的熱處理提高重視，卻無視了接管設(shè)計的熱處理問題。1.4 使用壽命問題根據(jù)最新相關(guān)技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，為防止壓力容器使用壽命超出設(shè)計時間而帶來不必要的平安問題，設(shè)計人員要在設(shè)計圖紙中明確標記該壓力容器的標準使用壽命，這在以往的規(guī)程中是沒有的?？梢园l(fā)現(xiàn)，人們對于壓力 容器的使用壽命問題越來越重視。而在實際的設(shè)計過程中，大局部設(shè)計單位對于容器使用壽命的問題并不重視， 局部設(shè)計人員更是憑借以往的慣例或經(jīng)驗任意設(shè)置壓力容器使用壽命，而無

6、視設(shè)備溫度、材料等因素的影響。 同時由于操作人員的不按規(guī)定用法操作也會減短容器的使用年限。壓力容器設(shè)計問題應(yīng)對策略2.1 提高對材料選用問題的重視一般設(shè)計者都會注意到壓力容器外殼材料由厚變薄的內(nèi)外部受力和耐腐蝕性分析，而在材料由薄變厚的過程中 設(shè)計人員也應(yīng)當注意材料變厚時的受力情況，加強對管道彎折和部件連接部位的分析。對于連接部位的套筒焊 接或其他位置的焊接情況要充分考慮焊接所帶來的應(yīng)力變化；對于材料變厚時的主體與構(gòu)件連接位置及封頭位 置要進行邊角削平處理。2.2 注意非標準法蘭的計算非標準法蘭的計算應(yīng)當考慮以下要求：(1)法蘭的直邊段長度應(yīng)當大于1.5 ( 2)應(yīng)當根據(jù)相關(guān)規(guī)程標準對法蘭的

7、L、Le、LA 尺寸進行恰當確定，以確保扳手操作空間充足；由于高壓容器需用較大的螺栓，其公稱直徑DN要不小于64mm，因此應(yīng)當按照相關(guān)標準選擇液壓拉伸器的空間，確保螺栓能夠擰緊；(3)通常低合金、碳鋼鍛件的許用應(yīng)力要比同材料板材強度低，所以應(yīng)當使法蘭小端厚度比封頭和筒體部位多出3mm；( 4)在進行法蘭計算時應(yīng)當考慮腐蝕裕量，大端和小端應(yīng)當減去腐蝕裕量計算相應(yīng)厚度，內(nèi)徑輸入值應(yīng)當為實際內(nèi)徑 加上兩倍的腐蝕裕量值。2.3 增強熱處理為了節(jié)約本錢，大局部壓力容器設(shè)計單位都會在滿足使用條件的前提下選用低合金鋼或碳鋼鋼板制作直徑較大 的鋼管和容器。雖然低合金鋼和碳鋼鋼板在冷成形后具有的一定的強度和硬度，但可塑性有時難以到達使用要 求，假設(shè)不進行熱處理，很容易使材料內(nèi)部細小晶粒出現(xiàn)歪扭和破損。特別是在制造鋼管時使用較厚的鋼板，那 會使鋼管的直徑減小，冷成形后的內(nèi)部變化就會相當劇烈，較高的冷加工硬化性能使其在出廠前就可能產(chǎn)生裂 紋。因此采用厚鋼板進行冷卻加工后必須進行相應(yīng)的熱處理才能提高材料的塑性。2.4 重視使用壽命( 1)設(shè)計者應(yīng)當根據(jù)材料的腐蝕速度和內(nèi)外受力情況計算容器的最大腐蝕承受度，以此確定容器的平安使用年 限； ( 2)設(shè)計者要考慮使用者的不當操作，在圖紙中設(shè)置相應(yīng)的平安使用提醒，并說明使用條件