摘要：压力容器在工业生产中应用广泛，压力容器的设计一般有工艺条件中获得操作温度、操作压力、介质成分及特性、容器的尺寸。本文从其设计方面问题进行探讨。
关键词：压力容器；设计；问题
压力容器的设计过程牵涉很多标准和规范，在设计期间，设计人员会遇到各种各样的问题，对相关政策法规标准的理解不透彻和对容器设计步骤的不确定，都会给压力容器的设计带来困难，以致对后来的生产和使用过程带来一定的安全隐患。在设计压力容器时,都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,影响到压力容器产品的制造成本和运转费用,而且直接关系到产品运行的可靠性。
1压力容器概述
近年来压力容器的应用率越来越高，在整个设备从设计到投入运行，要经过设计，制造，检验，安装，运行监督等多个环节，设计是最为关键的一个步骤。设计的正确合理与否，不仅设计到制造，检验的复杂程度，也影响到制造的成本和运转费用，并且直接关系到产品运行的可靠性。压力容器的设计一般有工艺条件中获得操作温度、操作压力、介质成分及特性、容器的尺寸。根据已知条件选定初步尺寸，考虑何时的材料和机构，然后依据规范进行强度计算，确定筒体、风头及各个受压元件的壁厚。容器设计中应注意以下因素：储存介质的特性，包括介质的毒性、腐蚀性、可燃性、密度、饱和蒸汽压力等；装量系数，特质容器内有液体和气体时，在温度变化时存在压力变化；温度，筒体在安装时与工作时存在较大的温差，需要在设计充分考虑温度补偿措施，否则易导致筒体不正常变形，严重影响容器的性能；容器的长泾比，要考虑工艺要求，不能单方面的扩大减小。从事设计的工作人员，必须是一个精通各方面专业知识的人才，比如说，设计人员要详细了解压力容器的内部构造，构成材料的性质，对零部件的受力情况进行分析，甚至对容器制造的过程进行监督和检验。
2压力容器的设计要求
压力容器的设计一般需要满足以下几个方面的要求：（1）保证安全可靠。这是设计的核心，即设计计算，强度计算。设计时不仅必须保证每个承压元件都具有足够的强度，刚度和稳定性，而且还要满足不同工况条件下能安全可靠的运行。（2）保证满足工艺生产。这就涉及到TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，设计委托方应书面提供压力容器的设计条件，包括操作条件，使用地及自然条件，介质组分与特征，预期使用年限，几何参数和管口方位等设计需要的必要条件。（3）保证合理的经济成本。在当今节能时代，合理节约能源成为各行各业必须遵循的守则。压力容器的设计，要尽量结构简单、制造方便、重量轻、节约贵重材料以降低制造成本和维修费用。（4）制造、检验、交装、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、易于制造和探伤的设备，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，如对于顶盖需要经常装拆的试验容器，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；再是，这样做自然会带来经济上的好处，可以降低容器的制造成本。
3压力容器的设计问题
3.1容器设计中的结构设计问题
（1）总体结构的几何不连续而产生的不连续性，由于容器设计需要满足各种功能性，对原本结构有破坏，会产生不连续应力，需要在设计上要通过常规设计规范对其进行补偿。（2）常常是压力引起的应力，多数是局部弯曲应力，严重时回到石局部变形。但是局部应力的作用范围有限，一般通过局部强度检核可以解决此类问题。（3）应力集中，在机构中，会存在应力集中情况，要分析应力集中部位，避免应力超过限值。
压力容器结构设计涉及工艺、选材等等，对于承压容器，结构设计中应力和强度的处理显得尤为重要，在设计中要针对具体设计容器具体结构设计。此外《压力容器安全技术监察规程》将压力容器分为三类，并对其设计、选材、制造检验及使用管理提出不同要求。
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3.2总体结构设计中局部应力问题
当各个部件组合成为一个容器整体时，会出现以下状况：（1）容器接管开孔与容器筒体连接破坏了筒体内薄膜应力分布，也会产生不连续应力和应力集中。（2）封头和筒体连接时，筒体的几何连续结构破坏，会出现不连续应力。（3）容器在受到各种局部机械载荷时，容器筒体上产生叠加局部应力，目前没有统一解决方法，但是设计中要予以考虑。
4压力容器的设计分析
4.1设备材料选取
压力容器材料的基本要求：要有较高的强度、刚度，良好的制造性能，并且与压力容器介质有良好的相容性。由于压力容器在制作中设计开孔焊接等等制造工艺，在设计时要对材料的制造性能进行设计上的考量。譬如钢材，铸铁类焊接性能差，脆性高，要对其减少焊接结构设计。
4.2常规设计
常规设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在应力分析方法上，是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题。所有类型的应力均应采用同一的许用应力值（通常为1倍许用应力）；为了保证安全，通常采用较高的安全系数，以弥补应力分析的不足。
4.3分析设计
分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了弹塑性或塑性失效准则，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。我国的分析设计的标准为JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》，是以第三强度理论即最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。对于压力容器设计所采用的失效准则，除弹性失效准则、弹塑性失效准则和塑性失效准则外，还有爆破失效、断裂失效以及可靠性设计等。随着压力容器参数的增高，高强钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难于解决，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力。为了适应现代压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决这些问题。
5检验检测
压力容器的检验检测是按照国家规范和标准，以及行业标准，对容器的设计选材和结构的合理性、可靠性等进行检查，并提出结论意见和提出应采取的对策。如果容器设计选材和结构不合理存在问题，可能造成事故。因此有必要对容器设计过程进行全面检验。合理的检验方法能防止设计缺陷，防止容器设计事故，保证其安全经济运行。
6结语
压力容器设计的合理与否，不但涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器产品的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。因此，压力容器的设计必须严格依据现有的行业规范或者国家有关规定，同时设计者应在满足设计任务目标要求的前提下提出切实可行的设计方案，满足其功能需要，本着安全可靠，节约成本的原则。同行业也应加强经验、技术交流，熟悉各项标准、规范，才会尽量不犯原则性的错误，我们的业务水平才会不断提高。
参考文献
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论文作者:孙奎福
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：应力论文; 压力容器论文; 容器论文; 结构论文; 局部论文; 塑性论文; 材料论文; 《基层建设》2018年第29期论文;