压力容器设计中的常见问题及防范策略

摘 要：压力容器作为我国工业生产中的重要装置，在各工业领域中有着举足轻重的地位。然而，压力容器的危险性普遍较大，在很大程度上也直接左右着工业企业的人员与财产安全，故而，不要提高对压力容器技术设计的研究有着重要的积极意义。本文对国内压力容器设计中普遍存在的一些常见问题展开分析，并提出针对性的解决策略，旨在为压力容器设计提供一定参考。

关键词：压力容器；工业设计；问题与策略

0.引言

当前，随着社会水平的不断快速发展，压力容器的类别也更为多样化。以压力容器承压等级而言，主要可分为低压、中压、高压以及超高压容器等；而根据按盛装介质而言，则又可以分成易燃有毒、非易燃无毒、剧毒等；根据工业加工工艺，可分成反应容器、换热容器、分离容器以及贮运容器等。最近几年，为了全面强化对市场压力容器的安全监管力度，我国政府出台了有关的法令法规，明确的对压力容器的设计、生产、检查等进行明文规定。然而，国内很多行业所实际应用压力容器时还是存在一系列问题，究其原因还在在于压力容器的设计工作不符合标准。

1.压力容器设计存在的常见问题

1.1使用年限超标

毋庸置疑，所有工业生产设备都一定的使用寿命，而超出使用寿命势必会给工业企业的经济、安全造成损失。国内所颁布的《固定式压力容器安全技术监察规程》[1]中就对压力容器的使用寿命做出了明确的规定，在生产设计压力容器过程中，设计单位必须要在设计图纸中标注好压力容器的使用年限，而对于一些长时间疲劳使用的器具更需要标注清楚循环使用的次数。一般来说，预计压力容器的使用年限，设计者会按照惯例使用统一标准，而忽略了影响压力容器寿命的现实因素：例如优质原材料生产的压力容器的使用年限会更长，而在材料一致的基础上，坚持按照设计标准生产压力容器会更加安全可靠，设计方案的不同势必会给压力容器的质量产生较大的影响。

1.2未考虑原材料因素

压力容器所使用到的原材料并未一层不变，大多数时候都需要按照压力容器的使用实际状态、适用环境的要求进行相应的调整。对于受力水平与腐蚀程度的不同、压力容器内应力的反复变化也会使得压力容器的材料产生一定程度的变化，而这些不断变化情况都需要设计人员充分考虑进去。然而，在显示的设计中，设计人员通常都会在材料厚度出现较明显变化时，方才观察出原材料的抗压水平，以此来判断其是否达到设计的标准。一旦设计人员遇到材料厚度出现增加的状态，又会误以为是材料可以承受的外界压力的能力的表现，而放弃开展进一步细致分析与计算[2]。在这种背景下，一旦发生压力容器的外壁遭遇不同力时，压力容器壁会面临承受多方向的大小拉力，严重的情况下甚至会出现脆性断裂。

1.3热处理问题

钢板热处理规定中，钢板冷成形受压元件在绝大部分情况下都应当实施热处理，例如部分盛装毒性为极度、高度危害介质的压力容器；应力腐蚀性介质的压力容器；碳钢及低合金钢的的压力容器等。一旦冷成形变形率不没有达到相应的指标规定的标准，就需要利用相应的热处理方可提高材料的性能。设计人员固然都会观察对压力容器的壳体、封头等大型部件实施热处理，然而在一些接管的设计中，却有所忽略。

2.压力容器设计策略

2.1年限设计防范策略

设计人员最大限度上权衡压力容器实际应用环境、以更为全面的提高压力容器的安全可靠性等，尽可能地规避安全风险隐患[3]。按压力容器的使用材料，测算其耐腐蚀性水平以及容器内外部的压力差异等，从而测算出压力容器精确的腐蚀性与承受度，最终制定出合理的使用年限测算。另外，为了能够让压力容器的日常使用寿命标准更加可科学，设计人员还需要模拟在最恶劣操作应用环境下，测算出压力容器在此背景下的使用年限。将操作人员可能会出现的不当操作也权衡在内，在最坏的情况下压力容器的实际表现，在设计图纸的醒目位置设计安全提醒，且完善压力容器的使用条件，对压力容器的承力部件和壁厚参数等实施测量，设计科学的使用年限。

2.2材料防范

在材料择取阶段，设计人员要重点关注压力容器的材料来源、其材料的力学属性能不能达到环境要求的使用条件，耐腐蚀性和承受力是否渡河要求等。在操作者或客户对压力容器提出变更要求时，设计人员决不可纯粹考慮材料的减少所引发安全隐患，还应当全面考虑到材料的增加也会产生安全风险的情况。如果要将压力容器的壁变薄，设计者就需要重新对容器的受力情况展开分析，进而测算出压力容器能够承受的最大减薄水平；相反，如果操作者需要将压力容器变厚时，设计人员也应当测算压力容器变厚之后每一个容器方向部位的拉应力，预防出现平面应变以及脆性干裂现象的产生。总而言之，在压力容器的设计期间，设计人员必须重视材料的变更防范，实施积极正面的应对策略。

2.3气密性防范

在气密性试验前应首先开展液压试验，以此来确保容器的液压合格。气密性试验阶段，需确保安全附件安装无误，确保过程的安全性。择取合适的气密性气体，如空气、氮气等反应水平十分慢的惰性气体。在进行气密性试验过程中，应当保证压力处于缓慢上升的态势，决不可让压力迅速升到所需的压力位。在完成规定的压力位后，需维续这一压力10min，再将压力降至设计好的压力位。对压力容器焊缝处涂肥皂水进行全面检查。一旦发现压力容器并未出现泄露，可判定符合标准；如果出现泄露，则需要对压力容器展开修补，在修补后，再继续开展气密性试验。试验温度至少50℃。

3.结束语

综上所述，国家有关部门和工业企业必须充分重视压力容器的设计工作，全方位加强压力容器的质量及性能，与此同时，在长期的实践过程中，相关设计人员也要持续总结压力容器设计中存在的现实问题，并积极学习与借鉴其他单位的积极经验，以健全压力容器的设计工作，强化压力容器的安全可靠性，不使人民生命与财产遭受损失。

参考文献

[1] 马炳贤.压力容器设计若干技术问题解析[J].硫磷设计与粉体工程，2011，15（06）：11-12.

[2] 薛明德，黄克智，李世玉.压力容器设计方法的进步[J].化工设备与管道，2012，17（06）：12-13.

[3] 邸广民，吴冬果.浅谈压力容器设计中容易忽视的问题[J].科技情报开发与经济，2010，24（10）：222-224.

作者简介：何春艳（1985.07-），女，汉族，河北省秦皇岛市人，大学本科，哈尔滨电气股份有限公司助理工程师，从事压力容器设计工作。