摘要：在石油化工行业中，压力容器的应用十分广泛。本文主要探讨了应力分类及压力容器设计的发展，以期可以为实现压力容器应用前景的扩大提供良好的参考依据，进一步推动压力容器在石油化工行业中的有效应用，使压力容器为促进石油化工行业的发展做出更好的贡献。
关键词：压力容器；应力分类；压力容器设计
引言
随着承压设备逐渐大型化、复杂化，在工程应用之中，应力分类法暴露出来的问题一直没有得到解决，所以必须对设计方法进行深入分析比较，以便找出能够满足设计要求的可靠性高的计算方法。
1压力容器设计特点
首先，产品设计专业性较其他设计强。不同于其他机械产品的设计，压力容器设计人员需利用软件进行设计，使之符合产品的使用要求。通过软件进行计算和画图时，除了要求熟练掌握软件操作技术外，还要具备一定的专业基础知识；其次，设计需求更加多样化。压力容器广泛应用于食品、药品、化工冶炼等许多领域，种类繁多，同类型的产品也要根据客户需求和实际制造工艺实施不同的设计。
2压力容器设计的发展
我国对压力容器的设计问题建立了很多标准，例如，“JB4732-95”，其是以分析设计为主要内容的钢制压力容器的设计标准，其中提出了以弹塑性失效准则、塑性失效准则、弹性应力分析为基础的设计手段。对常规压力容器来说，通常采取传统设计方法，不仅可以满足安全需求，且简便易行，因此，一直以来在压力容器设计中占据着主流地位。但若是详细进行应力分析，可以在一定程度上减少钢材的使用，但在很大程度上提高了压力容器设计、压力容器制造的成本，经济性较差。针对这样的情况，ASME规范对传统设计方式与应力分析方式两种设计准则的适用范围进行了规定。计算机技术的不断发展以及计算机硬件、软件的不断完善，使压力容器分析设计方法获得了越来越多的认可与应用，且在实际工程项目中发挥出了良好的作用。
3应力分类
3.1一次应力
一次应力是指受外载荷影响，在压力容器部件之中出现的剪应力或者是正应力。其可以分为以下几种：第一，总体薄膜应力。包括因内压而在球形壳体或圆筒形中出现的薄膜应力，总体薄膜应力在整个壳体上均有分布，应力超过材料屈服极限的时候，沿壳体壁厚的材料一起屈服。第二，局部薄膜应力。其指的是在局部范围之中，因机械载荷、压力所导致的薄膜应力。包括压力容器支座处因力和力矩引起的薄膜应力。第三，一次弯曲应力。因内压作用的影响，于平板盖中央位置出现的弯曲应力。为直线分布，内压较大的时候，上、下表面位置屈服，其他部位为弹性状态，载荷继续增加，沿板厚的分布，应力将进行重新调整。
3.2二次应力
二次应力主要是指压力容器的部件受自身约束从而出现剪应力或者是正应力。二次应力满足变形协调条件。如，在半球形封头、薄壁圆筒的连接位置，由于受到内压的作用，两者出现不同的径向位移，因此，连接部位两者是互相约束的关系，出现变形协调，这样的情况下，连接部位出现了附加的剪力、弯矩，进而引起二次应力。二次应力具有自限性，也就是局部范围之中的材料出现小量变形或者是屈服的时候，相邻部位间的约束缓和，变形也逐渐趋于协调，不会继续发展，将应力限制在一定范围之内。基于此，二次应力叠加其他应力之后，若是应力不高于规定值，则不会导致压力容器的损坏。
3.3峰值应力
峰值应力指的是在小孔边缘、小圆角半径以及接管根部等局部区域，因结构形状突变或者是载荷，导致局部压力集中而出现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆峰值应力是脆性断裂、疲劳破坏的可能根源，不会导致整个结构出现明显变形。局部热应力属于峰值应力，因为其不会导致整个结构出现明显变形。
4压力容器设计技术
4.1应力及应变的分析评定
应力及应变的分析评定乃是压力容器设计中的新技术。在这方面，关键是运用相关分析方法，全面校核压力容器的强度。应力不同，对压力容器造成的破坏程度也是不同的。全面校核压力容器强度应当要基于各部位实际应力及其应变的完善程度和精确程度。与传统设计方法不同，应力及应变的分析评定方法可以降低安全系数、减轻设备重量、节约制造材料、保证设备安全以及防止设备失效。不过，虽然该方法具有诸多优点，但也存在一定的缺陷，比如其需要大量复杂的计算，需要借助计算机完成，设计成本也较高。
4.2安全可靠的设计准则
化工产品不同于其他工业品，它的原料大多具有强烈的腐蚀性，易燃易爆，极易发生事故，压力容器在运行过程中要求足够的稳定性，一旦有外力对容器进行破坏，造成泄露，会造成极其严重的后果。因此压力容器的设计必须以安全可靠为设计准则。（1）有足够年限的使用寿命。化工原料会对压力容器内部产生腐蚀性，所以压力容器的使用寿命必须满足产品设计时的使用寿命，这就要求设计时要将使用寿命考虑在内，附加腐蚀裕量，来满足使用年限。（2）经济适用。压力容器在工业生活中广泛应用，因此在设计时要考虑经济因素，降低成本和维修费用，尽量结构简单、制造方便、重量轻便、节约材料。在设计压力容器时，应该参照有关国家规定和标准，与时俱进。产品运行的可靠和压力容器的成本和运转费用，与设计是否正确合理、加工制造、检验难易息息相关。设计人员要涉及不同的领域，对容器的内部结构、材料规格、材料性能都要详细了解甚至对进入制造过程的容器也要进行跟踪和监督。
4.3 压力容器结构设计规范性
现代测试技术解决容器耐压系数过低问题时普遍采用弹性失效方法，这种设计方法相对陈旧，很多问题得不到有效解决，这也是传统设计不先进的具体体现。为了改变这一情况，充分满足压力容器快速发展的现实需求，需要引入新的失效观点解决这些难点问题。钢材选用之初需要考虑到温度条件、压力条件、介质腐蚀条件、介质的危害性、材料特性、焊接过程中的接头强度问题，还要考虑到生产成本问题，不能盲目的设计和生产。受压程度过高也不是最好的设计选择，因为当压力较高，整体尺寸较大就会使得容器外壳厚重，这样就会给制造、运输乃至以后的产品安装带来很多不便，从而提高了总的生产成本，给企业带来损失。为了进一步节省生产材料、降低化工设备压力容器的产出和维修成本，对于那些顶盖需要经常进行拆卸的容器，在设计过程中可以采用快拆式的密闭结构，如此就能在最大程度上减少使用主螺栓式连接方法。而对于那些需要定期进行清洗和内件维修的容器产品，在设计过程中就需要提前在适当位置设置手孔或人孔结构，便于工作人员入内进行清理，如此不仅便于清洁为维修，还可以最大程度上降低生产所需材料和容器的产出、维护成本。在化工设备设计过程中，设计人员要具有一定的化学应用知识，并加强对细节的管理和控制，不仅能有效提高设计质量，降低成本，还便于设计人员对设备整个质量和性能的控制，确保设计方案的可行性。
结语
综上所述，压力容器有着十分广泛的应用范围，为提高压力容器设计的经济性、合理性、安全性及可靠性，应详细地对作用于压力容器上的应力进行分类，针对不同应力，限制范围也要有所不同，同时，也要根据实际情况，合理选择压力容器设计方法，才能确保压力容器的运行安全，使压力容器为推动我国工业化建设进程的加快提供更好的帮助。
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论文作者:孙至柔
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/11
标签：应力论文; 压力容器论文; 方法论文; 容器论文; 材料论文; 薄膜论文; 局部论文; 《防护工程》2018年第23期论文;