压力容器设计若干技术问题思考

2015-01-03邱振雷

环球市场信息导报 2015年42期

邱振雷

压力容器设计若干技术问题思考

邱振雷

Point

随着我们的工业生产需求的提高，对于压力容器的需求量也日渐提高，但是由于我国的工业生产起步较晚，所以在压力容器的设计上有很多问题还不够完善，因此出现了很多技术上的问题，也有很多不合理的现象，这样不仅为生产厂家带来了很多材料上的浪费，而且将不成熟的技术投入到实际应用中，也为使用者带来了很多损失，而且由于压力容器的特殊性，这种现象也带来了很多安全上的问题。在本文中，作者结合多年从业积累的实践经验，对压力容器中存在的一些问题以及相应对策进行分析，希望在今后压力容器的设计和生产上尽可能的回避和解决这些问题，尽量使压力容器在生产和使用中更加有效并且提升其安全性。

随着我国经济的高速发展和逐渐与国际接轨，国内的企业与国外企业交流也日趋频繁，国外产品对国产商品的冲击也越加强烈，所以在今后的中国市场中，产品质量变得更加重要。所以说如果我们在今后的市场中想要占据一席之地就必须要使我们的产品在实用性和安全性上更加突出，那么就要求压力容器的设计及产品制造过程变得更加严格，但是由于我国的工业生产起步较晚，所以在压力容器的设计和生产上有很多问题还不够完善，由于压力容器的特殊性，在我国的相关规定中都制定了较为严格的设计规范及生产规范，但是这些规范所强调的大多是一些原则性的问题，比较概括，而对技术方面的要求则比较笼统，所以在压力容器的设计中，设计员经常会出现不能对压力容器全面、透彻的理解，不能考虑到生产中存在的一些实际问题，甚至会出现一些设计上的问题等现象，这也就导致了我们设计的压力容器在生产中出现一些技术型的问题，从而影响产品的生产和使用。

1、关键技术参数的确定

在压力容器的设计中，设计参数是一个关键性的指标，但是在压力容器的设计中，在设计不同压力容器或者不同位置时，所应用的技术参数都是有着不同的含义，所以说是否能够正确的理解和应用技术参数、选择技术参数是其中的关键性问题，这直接关系到压力容器在生产中能否顺利生产，并关系到生产中的成本问题，以及在之后的使用过程中能否更加有效、便捷及安全的使用。以下对压力容器设计中比较重要的两个问题进行讨论：

1.1 腐蚀裕量的定位

一般来说容器壁厚的腐蚀裕量都是以压力容器预计的使用年限和容器中介质对容器壁的腐蚀速率来计算。但是目前来看，在设计很多产品时，都没有对相应材料给出明确的腐蚀速率。因此，设计人员只能根据相应材料在实验室中的实验数据粗略的估算，但是由于实验室的实验环境中，材料的对比没有什么问题，而在实际使用过程中，各种量的变化不能完整的体现出来，所以这种做法在压力容器的设计和使用中会产生一些难点和一些安全隐患。因此必须要严格的确定各种材料的腐蚀裕量，并且要针对不同的工艺专业标准来要求或者在工程中明确表示出腐蚀速率。但是就腐蚀裕量的确定这一方面，在业内还没有达成共识，有的以取容器壳体腐蚀裕量的二分之一作为接管的腐蚀裕量; 有的则以全部容器壳体的腐蚀裕量作为接管的腐蚀裕量 ,但是如果用后者，则会出现薄壁接管的开孔补强能力不能满足设计要求的问题，为了能够使接管达到补强要求，对于薄壁接管和小直径接管，在这里还是建议采用厚壁管进行整体补强措施。所以在今后的设计中，必须要对腐蚀裕量有一个明确的定位，或者说在相应的环节上给出一个科学的变量关系，这样才能更好的确定容器材料对于腐蚀裕量的应用。

1.2 塔式容器稳定性的问题

有关最大管线外径确定的问题。在塔式压力容器的设计中，由于塔式压力容器主要受到水平方向的力，而其主要荷载来源则是风力，由于水平方向的力不利于塔式容器的稳定性，因此，在计算塔式容器的最大外径时，它主要是水平分布在塔体的外部，所以说它也有一定固定塔体的作用，但是正因为这点，塔体外界管线所受到的力也会更大，由于外界管线受到的风力会直接传导到塔式容器上，使得塔体受到的水平方向更多的轴向弯曲力增大，所以可以看出，在设计塔体管线最大外径中，直径的大小会直接影响到塔体的稳定性，如果设计的不合理，那么就会出现塔式容器在使用中出现稳定性不足以满足使用要求的现象，但是如果通过增强稳定性的一些措施来解决这一问题，这样就会产生因为设计方面的缺陷而增加生产费用的现象

2、平盖接管开孔补强直径计算问题

压力容器在设计时，有时会在压力容器的瓶盖上开设圆孔，但是由于平盖自身的作用和特点，会让得开孔受到双向拉力的作用，所以在开孔的边缘，对接材料会受到双倍的应力，所以必须要采取开孔补强的相应措施，也就是说要增加补强的原件或者增加平盖的厚度来增强这一作用，一般来说平盖都是采用内插管与平盖焊接在一起的技术，所以平盖开孔的大小直接影响到补强强度的计算，而在这一问题的计算上，往往会出现一些常识性的错误，在我们正常的实际设计中，平盖与接管的焊接结构一般分为两种，一种是全焊透结构，一种是非焊透结构，如果使用全焊透结构的话，插管与平盖可以看做是一个整体，在计算补强措施时，使用的开口直径和两倍的管壁厚度相加之后的和，而对于非焊透技术来说，可以用接管的外径加上两倍的间隙的和计算，但是在实际的操作中，设计人员经常会出现对于补强问题计算错误，考虑不到平盖与接管的结构特征，全都按非焊透结构开孔进行计算，由于开孔基准直径变小，在补强时需要增加的厚度也随之减小，这就出现了补强措施不到位的情况出现，而忽略这一细节性的变化，在之后的计算中，必然会出现增加平盖厚度的情况出现，如果设计人员没能认识到这一问题，在今后的使用中可能会出现质量上的问题，所以在设计中，设计人员对生产中的实践知识还是要有一定的了解。

3、管壳式换热器中折流板和支持板的用途不明

在管壳式换热器中，折流板和支持板是常用的两种结构，因为这两种板的形式、大小和最小板厚等方面全都一样，但是它们的作用和布置是不同的，折流板主要是起到无相变换热的作用，来改变介质的流动方向，通过这种方法来提高换热器的换热效率，板间距比较小；而支持板则不同，它的主要作用是有向的换热过程，起支撑作用，主要是起到支撑换热管的作用，使换热器不超过其最大的无支撑跨度，以此来保证其安全性，所以支持板的间距比较大，但是在现在的设计过程中，设计人员由于没有实践操作经验，不能很好的透彻理解两种板的作用，经常会出现将两种板混淆的情况，这里面，设计人员往往会为了稳妥起见，将折流管当做支持板使用，这就增加了额外的成本，所以说设计人员将这两种板正确的理解和区分是减少不必要成本的要素。

4、耐压试验的免除问题

耐压试验免除的对象一般都是一些无法进行压力测试的、现场组装焊接的大型压力容器，耐压试验实际上是检测压力容器的质量和安全性的重要环节，虽然取消了耐压试验，但为了确保产品免除耐压试验后的质量和安全性，在设计中，应合理提高压力容器的材料和化学成分的检测要求是非常必要的问题，在焊接中，应该尽量采用全焊接头。