浅谈压力容器设计及容易忽视的问题

纪媛++吴成义++王丽博++曹野

摘 要：在石油、化工行业中，压力容器是比较常见的必备设备，因其具有一定的特殊性，所以作为一种特殊设备被广泛应用。由于其安全性能不稳定，经常发生安全事故，对工业的生产具有不利影响，所以，在进行压力容器设计的时候，必须要严格考虑其安全性，将安全事故的发生概率降至最低，以此确保工业生产安全，保证人们的生命安全。本文从压力容器设计的基本要求开始，分析压力容器设计中容易忽略的问题，进而针对这些问题提出预防策略。

关键词：压力容器；设计；问题与对策

引言

压力容器质量的优劣直接影响其是否能够正常运行，关系到工业生产的安全。通常，压力容器都是长期处在高温、高压、高腐蚀的环境中工作，环境恶劣、危险，压力容器如果出现破损，就有可能引发爆炸、燃烧，有毒气体的泄露等等，如（H2S，H2，NH3）。任何一种事故的发生，对于工业生产车间来说都是毁灭性的，对于工作人员的生命将造成不可挽回的伤害。所以，压力容器质量的优与劣，不仅关乎企业的经济利益，更是关系到企业的发展与社会的和谐。因而必须对压力容器的设计标准进行严格的管理，同时提高质量要求，保证压力容器的安全，从而确保工业生产的正常运转。

一、压力容器设计的基本要求

1、工艺要求

鉴于压力容器的质量如此重要，所以对其工艺有着相当高的要求，比如壁厚、容积、直径等等。除此之外，还对工作温度、密封结构和开孔补强设计也有着相当高的要求，以此达到工业生产的相关规范。

2、使用寿命的保障

目前大多数的压力容器，并非为单一的静设备，常常作为动设备的附属设备，

用于工业生产的运转。例如我们单位的压力容器基本都是与压缩机主机部分通过法兰相连接，本质上由静设备转为动设备。所以就使得压力容器长期处在比较复杂并且恶劣的环境中，如压缩机的振动或气体对设备本体的腐蚀等，就导致压力容器材料具有容易老化、壁厚减薄、产生疲劳开裂等特点。所以，为了延长其使用寿命，在设计的时候需要提高其安全系数，从而提升压力容器使用寿命。

3、确保使用安全

正常情况下，压力容器存储的都属于高腐蚀、易燃易爆的物质，稍有不慎就可能引发火灾甚至爆炸。随着时间的推移，这些物质在压力容器中的时间也增加，对于压力容器的侵蚀就更加严重，出现能量聚集的现象，这种情况下，如果容器质量存在瑕疵，就有可能引发能量的瞬间释放，引发强烈的破坏力。

4、提升使用便利性

如上所述，压力容器的工艺要求都比较高，同时有要求其具有一定的便利性。为了在最大程度上满足其便利性，在设计中就应该降低危险系数，提升安全属性。在设计中，保证结构的稳定性和合理性，一方面能够在很大程度上提升制造和质检的便利，另一方面对于设计质量的提升也具有很大的促进作用，还可以有效节约使用成本，增加企业的经济效益。

二、压力容器设计中容易忽略的问题

1、材料问题

如果设计压力较大，并且以碳素钢作为容器的材料，就应该适当增加设备壳体壁厚，这样一来就会增加压力容器的质量，增加成本。一般来说，当压力容器的强度要求比较高，同时壳体壁厚大于8mm的时候，最好使用低合金钢作为容器的材料。如果设计压力不大，容器直径大，并且对容器的刚度以及结构要求比较高的时候，最好选用普通碳素钢作为容器材料。

2、法兰问题

关于法兰的设计，我国相关规范有着明确而又严格的要求。在设计中，出现法兰问题的主要原因，就是设计人员对于法兰的使用不够了解，无法严格执行相关设计标准，从而导致选择不合适的法兰，比如，由于设计的失当，导致其变形、泄露等问题的出现，所以，设计人员必须熟练掌握法兰的设计标准与使用要求，在设计的时候选择最恰当的法兰类型。

3、分离罐设计问题

在分离罐的设计问题上，最容易出问题的就是分离罐的出气口到进气口的有效距离。如气液分离器，如果有效距离出现较大的误差，就会使气液分离器分离不充分，发生出气口仍是气液混合物，导致分离罐无法正常工作。所以，在进行分离罐设计的时候，一定要对工艺参数进行详细的计算，按照计算结果确定有效距离。

4、储气罐的设计问题

储气罐最主要的功能就是储存气体，这就要求其必须有一定的抗压能力，所以容器的材料使用十分重要。尤其是立式储气罐，设计时的计算压力应考虑液柱的静压力，避免壁厚计算时发生欠缺考虑，从而导致壁厚减薄现象的发生。其次根据储气罐的压力要求选择合理用材，然后对其尺寸进行合理的设计。

三、压力容器设计相关对策

1、材料代用问题的解决措施

在进行压力容器设计的过程中，很多时候由于一些外在因素的影响，出现厚板代薄板的情况，应该予以重视，在没有进行受力分析的情况下，这种取代关系对于容器的受力具有非常不利的影响，必须采取一定的手段消除这种影响。比如说，当采用厚板之后，必须削平封头与各个部位同主体之间的连接边角，以此减小应力集中现象；另一方面，也要考虑到连接部位由于套筒焊接而发生的应力变化。 在实际的设计中，不能仅仅考虑容器材料的厚薄，而是应该关注其强度与刚度的要求，根据这两者的具体要求，分别选择合适的材料。

2、法兰的选择

在法兰的选择中，管法兰比容器法兰更加难以抉择，因为管法兰的压力等级一定要比法兰在设计温度下的最大无冲击压力要大。在化工生产过程中，压力容器处在高压、高温、高腐蚀的环境当中，如果选择不锈钢材质的法兰，那么管法兰的最大无冲压力就会由于高温环境的影响而有所下降，这样的话，就必须选择压力更高的法兰，保证在设计温度条件下，管法兰的设计压力小于最大无冲击压力。

3、分离罐和储气罐的设计问题

在对分离罐进行设计的时候，应该根据容器的不同用途，对进气口与出气口之间的有效距离进行精确的计算，尽量减小误差。在储气罐设计的时候，考虑到其使用寿命的问题，对储气罐的材料使用，直径、尺寸问题进行合理的分析，特别是应该控制罐体的长度和直径的比值，保证该比值在合理的范围为内，这样才能最大限度的发挥其使用性能，延长其使用寿命。

结语

综上所述，工业企业在进行压力容器的设计的时候，一定要考虑全面，不能忽略任何一个环节，同时，国家相关部门应该针对压力容器的设计，制定严格的设计规范以及质量标准，全社会合力，保证压力容器的质量，从而确保其性能的安全，保证使用过程的稳定性。另一方面，设计人员应该不断总结经验教训，积极学习各个企业的相关经验，对容易出现的问题要反复核查，避免类似的问题影响容器质量，从设计上保证压力容器的质量，确保其运行的安全，从而保证人们的生命财产安全，促进社会的和谐。

参考文献：

【1】王婷，王静，邱金梁.探讨压力容器设计要求及设计方法[J].化工管理，2013（4）

【2】李崇勇，关庆贺，张光.压力容器設计压力的确定[J].中国特种设备安全，2015（1）