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摘要：压力容器的设计与制造在为人们的生产和生活带来便利的同时，也为人们的生活和生产带来了烦恼，近些年来因为压力容器的质量问题发生了许多的事故，同时造成了人们生命和财产的巨大损失。对压力容器的设计与制造过程和各个制造环节进行探讨是推进压力容器制造业现代化发展的重要举措。
关键词：压力容器设计；问题；解决措施
1压力容器设计过程中的常见问题分析
1.1压力容器设计使用寿命问题
《固定式压力容器安全技术监察规程》认为：为避免由于压力容器用时太久，导致生产安全等系列问题，有关单位在设计图样中应当对该容器实际的使用年限（若为疲劳容器，需对其循环次数予以标注）进行标明。旧版中，该项规定并非是强制的。针对该方面，设计人员也未引起过多的关注，在思考时也不是很彻底。通常，仅仅是根据经验或是惯例进行估计，未能分析对压力容器自身的寿命究竟有何种影响。选材、不合理操作或是材料性能等诸多因素，也尚未考虑其中。
1.2未考虑热处理问题
针对钢板热处理，GB150.4-2011第8章中已有比较详细的规定。下列几种情况下，应当接受热处理。譬如说：容器介质有较强的应力腐蚀性；长时间存放那些毒性比较大的物质；成形后，容器壁减小程度达到10%；若钢板为冷成形，其变形率高于规范要求等。上述情况出现，成型后却未能提出恰当的热处理方案，则材料性能无法重新恢复。此时，设备自身的安全性也将遭受干扰。常规状态下，设计人员应当根据行业的要求，进行提热处理。
1.3压力容器制造过程容器变形问题
压力容器变形的问题出现的概率非常大，它也受许多方面问题的影响，首先是压力容器罐体的制造焊接工艺会造成压力容器的变形，焊接过程中所产生的瞬间高温会造成罐体材料的变形。其次是压力容器使用中会因为所承载的内应力造成裂纹或变形。再者压力容器制造过程中因加工误差过大或制造工艺操作不当引发压力容器变形。例如加热成型的封头发生脱模现象，在温度较高的情况下发生脱模，则引发严重的封头收缩变形。
1.4法兰设计问题
在当前压力容器设计工作中，法兰设计环节所存在的问题是比较突出和明显的，尤其是尺寸和强度方面，经常出现不满足实际设计需求现象，降低了压力容器设计的安全系数，在使用过程中存在较大的安全隐患。造成这种问题的根本原因，是在进行法兰设计时，出现较大计算误差，导致法兰设计匹配度角度，其尺寸和强度都不合理。
2压力容器设计中常见问题的防范策略
2.1科学选用容器材料
在设计压力容器时，第一点便是要选择最为合适的材料，以提升材料应用价值。首先，应全面了解不同类型材料的特点及属性，包括材料强度、韧性、受力特性、耐腐蚀性等，对其使用性能进行评估和比较，结合压力容器设计及使用要求，从性能较好的材料中做出选择。其次，还需要根据压力容器结构特点及强度要求，从材料厚度方面进行考虑，既要避免因厚度不足造成强度较弱问题，又要杜绝因厚度较厚造成压力容器重量过大问题。另外，应选用价格比较便宜的材料，以市场上常用材料为主，降低压力容器设计制造成本，确保能够顺利完成批量生产。
2.2使用年限设计的防范策略
根据压力容器自身的使用年限，设计人员应当结合行业要求作出统筹的分析。根据新版《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2009）及其各项要求来进行操作。上述，实际上是所有设计者应当坚持的职业操守。也就是：每张图纸中均需标注压力容器具体的设计使用年限。若要对压力容器自身的使用年限进行设计，从业人员应当对容器所处的环境、可靠性等进行分析，降低和排除不同的安全隐患。结合不同的使用材料，对压力容器自身的耐腐蚀性能力以及内外部压力差等进行计算，估量压力容器能够承受何种腐蚀性。由此，便可对其使用年限作出科学地测算。为保证使用年限自身的科学性，从业人员可尝试对恶劣的环境进行模拟，对压力容器本身的寿命进行测算。另外，设计者需对使用者潜在的不当操作进行分析。在设计图纸对应的地方，需设置安全提醒。同时，需对压力容器自身的使用条件作出改善，对其承力部件或是壁厚参数等加以测定，设计恰当的使用年限。
2.3预防应力腐性破裂的设计
全部的腐蚀系统，均会碰到应力腐蚀的情况。究其根源：在某种腐蚀条件和高温状况下，金属表面将会出现某种拉应力。金属表面上，势必会产生晶界或是穿晶裂纹。若裂纹慢慢扩增，并接近某种体积，则会演变为裂缝，带来惨痛的结果。按照上述状况，设计人员应当结合应力腐蚀以及拉应力特点等因素，对潜在的腐蚀形状、危险大小或是破坏特点作出准确地预测。接着，按照上述预测结果提出恰当的预防方案，从根本上降低应力腐蚀。
2.4准确计算法兰数值
法兰设计是压力容器设计中的关键环节，其设计效果会直接影响到整体设计质量，加强对法兰设计的控制，对提高压力容器设计水平和设计质量意义重大。国际上较为通行的压力容器法兰设计方法为Waters法。法兰的应力由3部分组成：法兰力矩产生的应力；由压力直接作用于法兰本体（包括法兰环、锥颈和直边段三部分)上引起的轴向和环向应力（法兰环上可忽略)；由组成法兰的三个部分间由于压力作用下变形协调引起的边界力产生的应力。在实际操作过程中，应对压力容器法兰设计进行准确计算，从法兰结构连接方式、受力特性、所用材料性能等几方面进行综合考虑，根据压力容器设计及使用要求，得到较为精准的法兰设计参数，包括法兰设计尺寸、强度、厚度等，确保法兰设计的科学性及合理性，以提高压力容器设计的安全系数。
2.5规范热处理设计
保证热处理的规范性和完整性，是压力容器设计过程中必须做好的一项任务。一方面，在对压力容器进行热处理时，应将标准的作业流程和操作方式，在设计图纸中清楚、详细的标注出来，并严格图纸标注内容进行，提高热处理的规范化和程序化程度，实现更加理想的热处理效果。另一方面，要从整体性方面对压力容器热处理进行考虑，特别是做好换热管固有频率的计算，照Macduff-Feglar法计算换热管固有频率在计算振动时，Macdaff．Felgar的方法被广泛应用，即TEMA第6版的RGP—RC一4.562所推荐的公式，它的表达式为：
式中：fn为管子固有频率；Cn为频率常数、下标n为振型的阶数；J为截面的惯性矩；g为重力加速度。
此外，还应该做好包括封头、壳体、接管等各个部件的热处理工艺，严格把控每一个部件的热处理工艺，提升整体设计效果。
结论
做好压力容器设计工作，是提高压力容器制造质量和使用性能的必要措施，必须提高重视力度，从各个方面加强控制，提高设计水平。在实际设计过程中，首先应明确压力容器基本设计原则，并做到严格遵循，然后通过科学选用容器材料，确保使用寿命达标，准确计算法兰数值，规范热处理设计等对策，改善并解决压力容器设计中的常见问题，实现最优化设计，杜绝质量缺陷问题的出现，进而才能确保压力容器使用的安全性及可靠性，充分发挥其应用价值，更好的服务于、工业生产。
参考文献：
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[2]彭华，压力容器制造与维修中无损检测技术的应用[J].科技创新与应用，2013，（25)：42.
论文作者:耿玉翠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
标签：压力容器论文; 法兰论文; 应力论文; 材料论文; 容器论文; 使用年限论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第2期论文;