压力容器设计中常见问题及设计优化探讨

2014-12-23安洪广

山东工业技术 2014年10期

关键词：压力容器优化设计问题

李　征，安洪广

（山东汇智工程设计有限公司，山东淄博　255036）

压力容器设计中常见问题及设计优化探讨

李征，安洪广

（山东汇智工程设计有限公司，山东淄博255036）

【摘要】在进行压力容器设计的时候其合理性不但会对容器的制造成本等造成影响，还会直接影响到压力容器使用过程中的安全情况，其重要性不言而喻。本文主要对压力容器设计中存在的一些常见问题进行了分析，并对其优化设计策略进行了探讨。

【关键词】压力容器；设计；问题；优化设计

随着社会经济的进步，经常会使用到一些压力容器。在进行压力容器设计的时候必须保证其安全性和经济性。所以进行设计的时候必须保证方法的合理和科学，使用合格的材料。对于压力容器而言，不但能够正常的使用，还必须保证使用的安全。

1　进行压力容器设计时候的原则和相应的要求

一般情况下，在进行压力容器设计的时候，首先应该做的是根据用户的要求进行设计参数的确定，然后在进行结构的分析，选择合适的材料，并且进行设计和规划以及图纸的绘制。现在在工业中压力容器应用的非常广泛，在进行容器设计的时候必须考虑到安全方面的问题，所以进行设计、生产的时候都比较的复杂，只有保证质量指标到位，其安全性以及功能才能够更好的发挥出来。一般情况下，在设计的时候需要满足下面几点要求。

1.1在工艺方面满足要求

压力容器一般在压力温度以及工艺生产方面都有一定的要求。比如说直径、厚度、容积等方面。特别是在化工行业和石油行业必须满足上面的几项要求。

1.2保证使用寿命能够满足需要

压力容器在使用的时候会受到物质的腐蚀、外部的侵蚀，这都会导致压力容器的老化。为了避免在使用的时候出现材料泄漏的情况，保证其使用价值，在设计的时候，设计人员会采取一些措施提高其安全系数，保证其使用寿命能够满足实际需要。

1.3保证其使用的安全

一般情况下，压力容器中存储的材料都有一定的腐蚀性或者是毒性，甚至有些会导致爆炸的产生，造成非常严重的破坏，所以在设计的时候必须保证其使用的安全。

2　在进行压力容器设计的时候经常出现的一些问题

2.1经济性

在进行压力容器选择的时候，不但要充分考虑到设计温度、压力、容器的结构、材料的情况，还必须考虑到经济方面。一般情况下，压力容器的实际造价是由总体质量以及材质来决定的。在总体质量中，容器的壳体占有非常大比例的质量，特别是那些容积比较大的压力容器更是如此，甚至有些压力容器的壳体质量要占总设备质量的百分之八十到九十。所以在保证容器能够满足实际需要的时候，进行材料选择的时候应该选择那些符合要求但价格比较低的材料来降低压力容器的实际制造成本。除了这些，在设计的时候还应该保证其结构尺寸的合理性，这样能够在一定程度上降低壳体的质量，降低整个设备的造价，保证其经济性。

2.2材料许用应力挑档

对于那些在压力方面要求比较高的容器，封头一般都会比较厚，因为封头形成会有一定的减薄量。并且在热成型时，容器的通体也会有一定减薄量。但是，很多设计人员在设计的时候没有真正的考虑到上述两处地方的减薄量，反而在压力容器制造的时候将成形减薄量添加进去，这会直接增加板料的实际厚度，导致材料本身的许用应力降低。造成设计存在厚度不足的情况。所以，在设计时，相关的人员必须考虑到板材实际厚度以及许用应力挑档等方面的问题。

2.3非标法兰方面的设计

根据《压力容器法兰》的规定，压力容器主要在公称压力在等于或者小于6.4MPA的时候适用，而公称直径则应该小于或者等于800mm；而在《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准中对于那些直径比较大的法兰，则规定在公称压力等于或者小于16MPA、公称直径小于等于2000mm的情况下使用。但是在实际设计的时候，容器的压力以及直径经常出现超过上述要求的情况，在面对这种情况的时候必须考虑到其实际的尺寸并经过计算来保证其强度。

3　进行压力容器设计优化的措施

随着科技的发展，各种新的技术和材料都应用到压力容器设计中来，给起发展提供了一定的机遇，但也带来了非常严峻的挑战。很多用户的要求也在不断的增加，以往的方法和设计思路已经很难满足实际的需要，所以在进行应力计算的时候应该适当的降低其严格程度，有意识的增加许用应力的实际数值，保证设备的使用安全。

3.1选择合适的材料

在进行压力容器设计和制作的时候，材料选取不但要保证其能够承受压力和温度，还必须保证焊接性能、密封性能的良好，和结构的合理性。在保证满足上述要求的情况下还应该对其经济性和安全性进行一定的优化的权衡，在保证质量的同时降低成本。

3.2真正的做到区别对待

在进行压力容器设计的时候，必须真正的做到区别对待，对于那些不同的应力，在失效的时候相应的表现也存在一定的不同，即便是一个应力，在不同区域分布，那么时效时候表现也会有一定的不同。在压力容器中是存在很多负荷的，并且种类也比较多，但是在应力方面一般是三种，分别是初次应力、二次应力以及峰值应力，对于不同的应力也必须区别对待。

3.3对强度属性进行优化

若是客户对压力方面要求比较的高，并且结构壁以及体积也比较大，那么应该尽量选择低合金钢。若是用户在压力方面要求不是太高，那么便可以选择碳素钢。