摘要：压力容器作为工业生产中至关重要的装置，其在各工业领域中的地位也越来越重要。但是压力容器的危险性较大，其直接影响着工业企业的经济财产安全，因此加强对压力容器设计的研究具有积极的现实意义。文章对压力容器设计中存在的问题进行了分析，并在此基础上提出了相应的解决策略。
关键词：压力容器；容器设计；使用年限设计；容器材料选择；气密性试验设计
1压力容器设计中的常见问题
1.1使用年限设计中存在的问题
合理的使用年限设计，将会对压力容器价值的发挥产生十分重要的影响，同时，这也有利于维护使用者的生命健康安全。但就实际情况来看，很多压力容器的使用年限设计不合理。比如，在使用压力容器过程中没有考虑应力腐蚀因素，将压力容器的使用年限设定为一种理想化的状态。这样一来，很多压力容器的使用年限就会超过限定年限，导致其在使用过程中存在较多的安全隐患。一旦操作不当，压力容器就会发生爆炸等，对使用人员造成严重的威胁。
1.2压力容器气密性试验设计中存在的问题
工业化进程的不断推进，使得压力容器在我国能源、石油、军工、化工等领域等到了广泛的应用，同时对其设计质量要求也在不断提升。压力容器最为显著的特征就是其介质的危害性，因此气密性试验设计是至关重要的一步。所谓气密性试验，就是指通过某种试验操作来进一步检验压力容器的各个联结部位是否存在泄漏现象。一般来说，那些装有毒性较高、危害性较大介质的压力容器在使用之前，必须进行气密性测试。但是由于很多操作人员并没有十分重视气密性试验过程或者其专业素质较低，无法胜任试验工作，导致试验结果不准确。一旦气密性不合格的压力容器被投入使用，就可能会导致介质泄露，造成严重的危害。
1.3超出标准规定范围的设计问题
标准规定的结构形式仅针对最常见的压力容器元件,不可能提供所有压力容器的结构设计方法。在设计中经常会有超出标准规定结构或载荷范围的容器,能否妥善地处理这一类问题,体现了设计者的水平和能力。一般而言,超出标准规定范围的设计问题主要集中在下述两个方面:
①结构形式或几何尺寸超出标准规定的限制,如:大开孔、异形容器等；
②载荷类型为标准之外的情况,如:集中载荷、振动或冲击载荷等。
“包括有限元法在内的应力分析”并不意味着要全部采用JB4732进行应力分析设计，而仅仅是根据压力容器特定的结构和载荷进行局部的应力分析计算,满足GB150所规定的设计准则,作为使结构尺寸满足标准规定的依据；“验证性实验分析”仅仅指采用实验应力分析方法诸如:应变测量、光弹实验等；目前采用验证性液压试验确定容器设计压力的标准条款尚未公布，还无法实行。“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”是过去经常采用的压力容器设计方法，往往产生非常保守的设计结果。随着计算机技术的发展和数值分析能力的提高，应该逐步取消经验设计的方法。
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2压力容器设计中的常见问题及解决对策
2.1使用年限设计的防范策略
针对压力容器的设计使用年限问题，设计人员一定要按照要求进行多方面的思考，要严格按照新版《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2009）的要求来进行。这是设计者需要遵守的最基本的原则，即每张设计图纸中必须明确写出压力容器的设计使用年限。要想合理设计压力容器的使用年限，相关人员必须充分考虑压力容器使用的实际环境、提高压力容器的可靠性等，尽量减少各种安全隐患；要根据其使用材料，测算压力容器的耐腐蚀性能力、内外部压力差等，以便测算出压力容器的腐蚀性承受度，从而对其使用年限进行更合理的测算。当然，为了使压力容器使用年限更为可靠，工作人员应该模拟最恶劣使用环境，测算压力容器的使用寿命。
2.2设计材料变更的防范策略
在选择材料的过程中，工作人员要十分注意材料的来源、力学特性以及材料的特性是否满足压力容器的使用条件、耐腐蚀性要求等。在用户对压力容器提出变更要求时，设计人员不能单方面考虑材料减少所带来的安全隐患，还要全面考虑到材料的增加也可能出现安全风险。例如，用户要求压力容器变薄，设计人员必须重新对压力容器的受力情况进行分析，从而得出压力容器可以承受的最大减薄程度；又如，用户要求压力容器变厚时，设计人员要注意压力容器变厚后各个方向的拉应力，防止平面应变及脆性干裂现象的出现。总之，在压力容器的设计过程中，工作人员必须重视材料的变更，采取积极的应对策略。
2.3气密性试验中存在问题的防范策略
为了防止毒性介质的泄露，压力容器的工作人员必须做好气密性试验。首先，在试验之前应该进行液压试验，充分保证其液压合格。其次，气密性试验的过程中，要保证所有的安全附件安装齐全，保证试验过程安全可靠。再次，要合理选择气密性试验所使用的气体，最好选择干燥、清洁的空气或者氮气等反应较慢的惰性气体。另外，在试验过程中，要保证压力缓慢上升，切忌将压力迅速升到所需压力位。达到规定的压力位之后，应该保持该压力10分钟左右，再将压力下降至设计好的压力位。随后，要对压力容器所有的焊缝或者连接部位涂肥皂水进行全面检查。如果整个压力容器都没有泄露现象，则可判定该容器合格；如果压力容器有部分泄露，则应该对压力容器进行修补，之后重新再进行气密性试验。
2.4倡导和实施压力容器的“绿色设计”
为响应国家提出的“节能减排”以实现可持续发展的战略，全行业稳步推进压力容器的“绿色设计”。
①以技术开发为先导，在保证内在质量和本质安全性的前提下，进行压力容器的轻量化，实现安全性与经济性的有机统一。
主要途径有三，第一，通过研究开发与推广新技术，全面提高压力容器材料、设计、制造、检验、使用管理水平，在保证压力容器本质安全的前提下，调整压力容器设计安全系数，是我国实现压力容器轻量化的重要途径之一。第二，通过大力推广使用低合金高强钢，降低压力容器受压元件厚度，减轻重量，降低成本。第三，通过研究推广应变强化技术，实现奥氏体不锈钢压力容器的轻量化。
②逐步实施节能设计。
新修订的《固容规》明确提出了节能要求。“压力容器的设计应当充分考虑节能降耗原则，并且符合以下要求:第一，充分考虑压力容器的经济性，合理选材，合理确定结构尺寸；第二，对换热容器进行优化设计，提高换热效率，满足能效要求；第三，对有保温或者保冷要求的压力容器，要在设计文件中提出有效的保温或者保冷措施。”
3结语
近年来，随着社会的发展，压力容器愈来愈普遍应用于工业生产的各行各业中。压力容器具有特殊性，稍有不慎，就可能会造成危险性事故，给人们的生命安全造成威胁。国家及企业必须重视压力容器的设计工作，提高容器的质量及性能。同时，在长期的实践过程中，相关工作人员必须不断总结压力容器设计中存在的问题，学习和借鉴其他单位的积极经验，以完善压力容器的设计工作。相信未来，在各方努力之下，我国压力容器的质量一定会大有提高。
参考文献
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[5]赵素峰．压力容器设计过程中的常见问题[J]．小氮肥,2012,（10）．
论文作者:彭杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/6
标签：压力容器论文; 气密性论文; 使用年限论文; 过程中论文; 容器论文; 应力论文; 材料论文; 《防护工程》2018年第19期论文;