摘要：在市场开发力度的不断扩大下，由于产品的价格竞争更加地激烈化，因此对产品的设计质量就提出了更高的要求，使得传统管理方法远不能满足当前的需求，需要对其进行不断的完善、充实。在压力容器设计阶段，我们时常会遇到一些问题，设计参数在不同的工况中得到不同的阐释，若是对参数理解透彻了，那么在对诸如节约材料，减少制作加工成本，在确保工程应用安全的前提下，一定程度地降低工程项目建设成本。下面就结合作者的实际工作经验，对其压力容器设计工作进行探讨，以供参考借鉴。
关键词：压力容器；设计参数；工作
前言：压力容器主要作用是在一定压力、温度下对具有特殊的化学腐蚀、易燃、易爆、有毒介质等进行加工处理和储存，其压力容器设计质量好坏将直接影响设备的安全性、可靠性、先进性，影响国民生命、财产。而压力容器的设计作为一项综合性较强的工作，要求设计人员具有较强的能力、较全面的专业知识，否则极易出现错误设计与安全隐患的问题。
1压力容器设计的基本要求
1.1保证完成工艺生产
压力容器必须能承担工艺过程所要求的工况（压力、温度、搅拌等）、具备工艺生产所要求的规格（直径、厚度、容积）和结构（开孔接管、密封等）。
1.2运行安全可靠
容器内的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧引起火灾，甚至发生爆炸等恶性事故，压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。因此需有足够的强度以保证设备的安全运行，有些设备，除了考虑强度以外，还需要有足够的刚度。储存自身能产生压力介质的，如液化石油气、液氨、液氯等，必须在设备上设置安全泄放装置。
1.3预期的设计使用年限
TSG21-2016《特种设备安全技术规范》明确规定必需在压力容器设计总图上注明压力容器设计使用年限。压力容器的设计使用寿命不等于实际使用寿命，它仅仅是设计人员根据容器的使用条件而给出的预估。影响压力容器使用寿命的因素很多，如材料力学性能、腐蚀裕量、交变载荷的时间性等等，我们正常考虑的主要因素是物料对壳体结构材料的均匀腐蚀。图样上标注的预期设计使用年限是为了提醒使用者，当超过压力容器的设计使用年限时应采取必要的措施，同时根据TSGR7001-2013《压力容器定期检验规则》的规定进行检测，以确定合理的使用寿命。因此在设计容器时必须综合考虑设备的使用年限的要求。
1.4制造、检验、安装、操作和维修方便
提出这一要求的目的，一方面是基于安全性的考虑，因为结构简单、易于制造的设备，其质量就容易得到保证，即使存在某些超标缺陷也能够准确地发现，便于及时予以消除；其次，这样做的目的也是为了满足某些特殊的使用要求，如需要经常装、卸的试验容器，要尽量采用快拆的密封结构，避免使用笨重的主螺栓连接；又如对于有清洗、维修内件要求的容器，需设置必要的人孔或手孔。
2压力容器设计阶段的注意要点分析
2.1合理选材
盛装毒性程度为极度、高度危害介质的容器因其介质毒性程度高一旦发生爆炸、泄漏等会造成极大的危害，因此在设计、选材、制造和检验过程中往往会有更为严格的要求。这个题目也是历届审核考试、答辩过程中必考之题。压力容器属特种设备，它的工作环境往往面临着高温、高压、易燃、易爆和有毒介质，它们的安全至关重要，因此材料性能对压力容器运行的安全性有显著的影响，选材不当，不仅会增加制造成本（压力容器材料费用占总成本的比例很大，一般会超过60%），而且有可能导致压力容器破坏事故，故根据介质特性，合理选用压力容器材料是设计的关键之一。
2.2设计过程中易忽视的热处理
第一，碳素钢、Q345R钢板厚度不小于3%Di，其他低合金钢厚度不小于2.5%Di的冷成形圆筒应经热处理合格。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对此项要求，大多设计单位在设备主体筒体的设计中，基本上都注意到这一点，但是在接管的设计中却很容易忽视。
第二，管箱热处理。对碳钢管箱的侧向开孔直径超过1/3圆筒内径的管箱，在施焊后作消除应力的热处理。
2.3预防应力腐蚀破裂的设计
应力腐蚀常出现于不同的腐蚀系统，但不论何种，均由于金属材质在固定腐蚀环境下合并承受持久高温的拉应力作用而形成的晶界或者穿晶裂纹，当裂纹的体积逐渐演变成一定数值时，即便应力尚未达到材质的承载极限，也会引发空前绝后的破裂。较为常见的应力腐蚀系统：无水液氨、碳钢、奥氏体不锈钢、湿H2S和低合金钢等。由应力腐蚀而产生的持久高温拉应力，通常出现在容器操作时的热应力、容器内压导致的常规应力以及容器焊接时的残余应力等，其中由于容器焊接时而产生的残余应力占多数。腐蚀系统的不同，其形成的应力腐蚀指标、环境条件也有所差异，但只要达到各自相应的数值，便会出现相同的腐蚀形状、危险程度、破坏特点。对于这一问题，在实际设计中，通常采用预防应力腐蚀破裂的基本对策。
2.4分气缸与储气罐的设计问题
第一，在进行分气缸设计时，容易忽视分气缸的出气口和进气口之间的有效距离。在设计的过程中，根据具体的工艺参数，确定两者之间的距离是十分重要的。另外合理控制好分气缸的开口和环焊缝之间的距离也是十分重要的。应避免在焊缝处开孔，并保证两者之间有一定的距离，以减小局部应力的影响，进而保障分气缸的正常工作。对于分气缸的支架铺设，不能随意确定支架的位置，要根据设计需求，合理设置，尽量加强支架的稳定性。第二，储气罐的设计问题。对于储气罐的设计，对其罐体的材质有着很高的要求，要选择合理的钢材来满足其抗压的需求。切忌过于追求压力容器的抗压能力，而忽视了材质的选择。
2.5法兰的选用
在现阶段，我国的管法兰、设备法兰标准都有系列规格，一般情况下设计人员会严格按标准选用。但从设计的合理性和经济性来看，有时选用标准并不理想，而且成本也会很大。同等级、同规格的法兰，螺栓孔中心圆直径管法兰比设备法兰大得多，从受力情况分析，管法兰承受的力矩比设备法兰大，导致管法兰的厚度比设备法兰厚得多，加上管法兰的外圆大得多，由此可看出，压力容器筒体上应尽可能使用设备法兰。在人手孔的标准中，法兰全部采用管法兰，虽然使用方便，但制造成本远比使用设备法兰大得多。在进行非标人手孔设计时，建议尽可能采用设备法兰，这样就可以减少制造成本。在有些设计条件下，选用标准法兰显得比较浪费钢材。
2.6加强压力容器设计过程中的管理
第一，压力容器设计的标准化管理。压力容器必须严格按照国家、行业相关的安全技术法规、法律和技术标准的要求进行设计。标准管理应有专人跟踪新动态，做到及时更新、执行新标准。设计单位在制定企业标准时，应参照国标、行标，且应等于或高于相应国标、行标要求。
第二，设计文件的管理。设计文件的管理首先要由设计单位按照《管理规则》及《容规》要求，制定出压力容器的设计文件内容。经过设计文件的质量评定后，统一编号整理归档，专柜保管。安装、试车中发现重大设计问题所编制的修改文件，以及投产后的设计回访总结报告，应及时编号整理归档。
第三，人员管理。结合设计单位实际情况，制定出切实可行的岗位责任制，并严格履行职责。同时，设计、校核、审核、审定人员，须经设计单位专管部门组织相应级别的定期业务培训、考核，取得合格资格后，由设计单位技术总负责人批准聘用，方能上岗工作，考核结果留档备查。
结束语
总而言之，在进行压力容器设计的时候，应该参照有关的国家规范和标准的最新版本。设计得正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，还影响到压力容器产品的制造成本和运转费用，并且直接关系到产品运行的可靠性。
参考文献
[1]GB150.1～150.4-2011.压力容器[S]
[2]GB/T151-2014.热交换器[S]
[3]TSG21-2016.固定式压力容器安全技术监察规程[S]
[4]TSGR7001-2013.压力容器定期检验规则[S]
论文作者:杨权军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
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