摘要：压力容器是化工、冶金、轻工、纺织、机械以及航空航天工业中广泛使用的承压设备。随着社会经济的快速发展与高新科技的进步，我国的压力容器设计水平与制造能力有了突出的成就。近些年，我国已自行设计和制造了600MW与1000MW的核电站设备、一千万吨的炼油装置及一百万吨的乙烯装置等。从压力容器整个行业来分析，现时期我国大多数企业，在压力容器的设计上都存在技术性的问题。
关键词：压力容器；设计；问题
1 压力容器设计的技术问题
1.1 压力容器设计中方法选择的问题
目前，压力容器的两种设计方法分别是常规设计和分析设计。常规设计主要是按弹性失效准则，以第一强度理论为基础，考虑壳体的薄膜应力，即最大主应力，并将其控制在材料的许用水平内，来确定主要受压元件尺寸的设计方法。常规设计的设计标准有，我国的GB150《压力容器》、美国的ASMEⅧ-1《压力容器》和日本的JISB8243《压力容器构造》等。分析设计是根据塑形失效准则、弹塑性失效准则和疲劳失效准则，采用最大剪应力理论，来确定受压元件尺寸的设计方法。与分析设计相对应的设计标准包含，我国JB4732《钢制压力容器-分析设计准则》、美国的ASMEⅧ-2《压力容器建造一另一规则》、欧盟的PrEN13445-3《非接触火焰压力容器》与日本的JISB8250《压力容器构造-另一标准》等。
1.2 压力容器设计开孔补强的问题
在压力容器的设计与生产过程中，开孔是无法避免的一类常见问题。压力容器在开孔以后，其整体的强度会有不同程度的减弱，并且，开孔的局部区域所产生的应力会相对较集中，主要有局部薄膜应力、弯曲应力和峰值应力。产生这种现象的主要原因是：（1）壳体开孔后，原来承受均匀的薄膜应力被损坏，在孔边缘产生了分布很不均匀的边缘应力，即局部薄膜应力，同时使应力较为集中；（2）在壳体开孔边缘与接管的连接处产生的不连续应力；（3）壳体和接管的连接拐角区域由于截面的不规则过渡而产生应力的集中。
1.3 压力容器设计焊接的问题
焊接是压力容器制造的重要工序，焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造质量。压力容器的焊接方面的问题包括，如何避免和控制裂纹、咬边、气孔、夹渣等焊接缺陷；因焊接缺陷造成的截面受力不均匀，并产生应力集中；焊接接头的不均匀性、局部加热融化及迅速升温和急速冷却等特点，使其在焊接过程中，不可避免地产生焊接残余应力与变形，直接导致焊接裂纹的产生。
1.4 压力容器设计腐蚀的问题
现时期，大部分的压力容器由金属性质的材料构成。压力容器和环境间的反应会导致材料破坏、损坏或变质，这种现象称作压力容器腐蚀。压力容器的腐蚀按作用机理可分成：物理性的腐蚀、化学性质的腐蚀、应力性的腐蚀与电化学的腐蚀等。影响腐蚀的原因主要包含，介质温度和压力、流速和各类溶液的PH值等。容器的腐蚀裕量是由介质对材料的腐蚀速率与设备计划使用寿命所决定的。由于大部分的工艺过程很难确切给出材料的具体腐蚀速率，所以腐蚀裕量通常是由设计人员粗略估测得出的。从而，导致设备成本和安全存有误差。对于接管腐蚀裕量，现时期对其取值的范围仍存在争议，有些是以容器的壳体腐蚀裕量当作接管腐蚀裕量，有些选用容器壳体中的一半当作接管腐蚀裕量。如果由容器的壳体腐蚀裕量来确定接管腐蚀裕量，则对薄壁接管的开孔补强不足。所以，针对接管腐蚀裕量，建议采取与筒体腐蚀裕量相统一的数值，而对于小直径或是薄壁的接管，则需采用合适的补强措施，如采用硬壁管或者是锻制管。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2压力容器设计过程中常见问题的解决对策
2.1使用年限的解决对策
在压力容器使用年限的估算上，压力容器的设计人员必须要认真掌握有关压力容器设计方面的所有技术规定与标准，加强对压力容器使用年限的研究力度，注重每一个可能会对压力容器使用年限产生影响的因素。运用先进的科学技术手段，对压力容器的实际使用年限进行科学估算，避免在压力容器设计过程中出现延长或缩短使用年限的问题。设计人员必须要做好压力容器的观察工作，明确掌握压力容器实际受到的腐蚀情况，若压力容器受到严重腐蚀就会大幅缩短压力容器的使用年限。因此，压力容器的设计人员必须要根据压力容器的实际腐蚀速率对压力容器的使用寿命进行合理估算。同时，结合压力容器受到的外力情况，对压力容器的诸多参数进行更加精确的估算。此外，还可模拟实际工作环境，使工作数据更加接近实际。在图纸设计上必须设定统一的使用规则，考虑到压力容器在实际工作过程中的复杂工作环境和可能出现的各种受力情况，务必做好压力容器的消耗检查工作，最大限度的保证压力容器设计的科学性、合理性，确保压力容器的运行安全。
2.2材料的解决对策
在设计压力容器时，材料的选择是不断变化的，不同阶段所采用的材料也不尽相同。设计人员在使用较薄的材料替换较厚的材料时，要格外注重加厚封头与壳体之间的连接部分，做好封头的削边处理工作。当筒体与管板间的连接厚度增加以后，焊接部分的应力就会相应降低，这对压力容器焊接部分而言十分不利。设计者将较薄的钢板换成较厚的钢板时，不仅不会给压力容器的应力预测带来便利，反倒会带来一定困难，对估算结果产生巨大偏差。因此，在压力容器的设计上必须要避免这种问题的出现，提高压力容器预算结果的准确性。
2.3热处理问题的解决对策
热处理问题是压力容器设计过程中最为常见的问题。在实际设计过程中，设计者对于直径大约在400mm，厚度大约在20mm的碳钢或低合金钢容器等器具，最好将其设计成为无缝钢管，因为无缝钢管不易影响压力容器的整体设计效果及各项功能的使用。过厚的钢板或硬度过大的钢板其可塑性相对较差，特别是直径小但厚度大的筒体，它在冷却后发生卷曲变形的幅度相对较大，而且硬度越高其卷曲变形幅度越大。这是由于其内在应力相应增大的缘故，可塑性在快速降低进而直接影响容器的实际使用情况。甚至还会出现轻微裂痕，严重影响压力容器的使用安全。因此，对于厚度相对特殊的钢板，在其冷却成型后必须要追加退火工艺，提高钢板本身的强度和硬度，保障压力容器的设计符合安全要求。
2.4 压力容器设计腐蚀问题的解决
为了可以使压力容器的使用期限延长，一般所采取的解决措施有：（1）选用合适的材料；（2）应用延缓腐蚀的制剂；（3）提升压力容器的焊接质量；（4）应用防腐蚀的涂料；（5）衬里形式的防护；（6）在容器壁表面喷丸强化；（7）加强管理和维护。除此以外，在设计压力容器的过程中，设计人员需综合的考虑压力容器的服役环境会对其所造成的影响，并且，以腐蚀的最大速度当作计算的依据，来确定压力容器最大的腐蚀裕量。
3结论
科学合理的压力容器设计，对压力容器的安全性、稳定性有着至关重要的影响。因此，在压力容器的设计上必须要选择具有极强专业技术的工作人员对压力容器设计方案进行反复考量，选用最为优质的材料，做好压力容器设计结构的分析工作，全面考虑到压力容器后期的维护与检修工作。只有这样，才能做好压力容器的设计工作，使其在实际生产过程中得以稳定运行。
参考文献：
[1]王锋涛.压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制策略探索[J].内燃机与配件,2017(23):72-74.
[2]郝丽娜.压力容器设计过程中的问题与优化方案[J].建材与装饰,2017(42):70-71.
[3]陆云华.压力容器设计过程中的问题及对策[J].中国石油和化工标准与质量,2017,37(19):148-149.
[4]季锋.浅谈压力容器设计的几个问题[J].聚酯工业,2017,30(05):13-15.
论文作者:程伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：压力容器论文; 应力论文; 过程中论文; 壳体论文; 材料论文; 工作论文; 容器论文; 《基层建设》2018年第31期论文;