浅谈压力容器的机械强度可靠性设计

李野+王欢

摘要：压力容器机械强度设计之初有很多内容需要考虑清楚。如强度设计之前需要先设计一个应力干涉模型，用以清晰的找到机械设计的核心点，然后将获取的经验全部应用到实际的设计中。设计或者实现可靠性设计方案的时候，压力工作环境的考虑以及实验数据的关键特征选取十分重要，另外要切实的考虑到压力容器机械强度设计的主要规定内容，这是用以规范科学设计的前提基础。本文主要研究压力容器机械的轻度可靠性设计要素，并对其中设计的问题进行重点提及，然后探究发展中需要重点延伸的方向。

关键词：压力容器；机械强度；可靠性设计

研究压力容器机械可靠性研究时要考虑各项细节问题，由于所有的几何尺寸或者强度均处于普通的随机变量中，压力的容器承载值也就处于恒定不变的数值中。所以日常进行压力溶剂机械强度可靠性研究的时候，需要认真地考虑所有的变量，然后根据具体情况细致考虑到其中的细节部分。压力容器的机械强度可靠性因为涉及因素较多，所以其体现出的是一个综合性的过程，如果进行细分的话可以将其分为四个方面，分别是压力容器机械强度的设计、制造、应用于维护四方面。压力容器机械强度可靠性设计水平在一定程度上影响着它固有的可靠度，如果能够把所有的机械强度变量都能够控制在科学合理并且安全的状态下，那么在设立强度应力模型之后就能够顺利计算出它的可靠性。

一、压力容器的机械强度可靠性设计理论方法

（一）基础理论。压力容器的机械强度可靠性设计首先必须要考虑到国家的设计标准，在这个设计的过程中必须要同时考察厚度的两个内容，它们分别为计算厚度与厚度的附加量。在压力容器厚度计算的时候必须要能够依据正确的计算方式来对它的压力实施科学计算最终可以得到厚度的数值。在压力容器厚度附加量通常是因为所有的刚才厚度有着篇差，并且也要考虑到压力容器的腐蚀量来一起发挥各自的作用。在这里必须要注意到厚度偏差在进行正常的选取过程中一定要能够依据我国钢材料标准规定值范围实施科学、正确的选取。腐蚀裕量在实际实施正常的计算必须要能够依据压力容器本身的设计寿命以及应用钢材在整个研究过程中实施科学统一的介质腐蚀塑料以及平均值来实施确定。

（二）要深入实际、收集可靠数据。根据当前现有的研究内容能够轻易的知道在压力容器的内压圆筒体的可靠性设计的时候必须能够清楚知道，应用弹性失效中径公式能够在一定程度上解决极限状态的函数实施研究，在此时假如它会十分顺利的话就可以把屈服极限就能够在广泛的意义上确保强度极限的最大值，之后可以依据在上述过程中筛选与决定筒体失败概率，可是從实际情况来看压力容器的机械强度可靠性设计是否科学和合理，能够以此为基础来增加当前存在的腐蚀裕量的取值，虽然很多的研究资料中已经表明了压力容器的机械强度可靠性设计能够计算与预测筒体应用寿命的详细方法，因此在压力容器的机械强度可靠性设计中要想时刻关注压力容器，就必须要能够深入实际来了解腐蚀深度，并能够计算压力，并能能够通过多年的腐蚀深度的准确数据来确定。

二、压力容器的机械强度可靠性设计方法

（一）受压元件材料的合理选用。受压元件材料的选用对于压力容器的机械强度能够产生重要影响，其一般取决于设计压力、设计温度及工作介质等因素。在进行压力容器设计时，除了严格按照GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-89《钢制管壳式换热器》及劳动部颁发《压力容器安全监察规程》等进行选材外，还特别注意介质特性对受压元件的影响。因为介质的腐蚀性，介质的易燃易爆程度和毒性程度均直接决定着选材。总之，压力容器受压元件材料的选用不仅要根据容器的工作压力和温度及必须在设计标准与规范的允许范围，而且还应特别注意介质特性对材料性能的影响。

（二）选择合理的结构设计。对于压力容器的机械强度可靠性设计必须要选择合理的结构设计，此时要求我们设计人员充分发挥自己的能动性，尽可能在设计中做到精益求精，结构设计合理。合理的结构指的是容易施工，加工完毕后的残余应力低，应力集中小，应力分布合理的结构。压力容器接管及开孔补强结构设计，是结构设计中的一大内容：1.接管方面的内容：（1）接管补强结构设计；（2）接管防腐结构设计；（3）接管开孔的焊接结构尺寸及相关问题；（4）其它方面的结构，如防冲击、防振动、防外载荷结构设计等。2.关于补强结构的内容：（1）一般工况下的结构；（2）承受交变或疲劳载荷的结构；（3）高低温下的结构；（4）大开孔结构；（5）非径向开孔结构；（6）其它情况下的补强结构。

（三）注重设计过程中的安全操作和管理。压力容器的机械强度可靠性设计可以直接关系到日后的安全操作和管理，并能够对其安全运行有着重大的影响，很多压力容器事故皆是由于操作不当和管理不善所致。因此在进行压力容器设计时，对于那些操作较为特殊的设备，应制订出其操作规程，使得设备操作运行有法可依，以防止因误操作而出现安全事故。对于工作性质较为特殊的设备，如介质腐蚀严重及磨损较大的设备，应定期检验，其检验周期每年至少一次，并应在图纸上给予明确提出。另外设备上的安全阀规格及安全阀起跳压力、爆破片型式及爆破压力都应在设计图纸上给予注明。对于盛装高度、极度危害介质的容器安全附件的泄放处理也应作出要求，以防发生意外。总之，设计者在图样上应该将安全操作要求详细规定或以操作说明书形式，以指导压力容器的安全操作及管理，保证其安全运行。

（四）重视极限情况的存在

压力容器使用的时候，由于筒体的厚度不同产生的变化也不同，不同的压力对筒体的影响也不同。另外，筒体受到应力等作用的影响，变化也会经常出现，由于应力的发生有部分不可控性。故此，压力容器机械强度可靠性设计的时候，筒体的厚度，应力等都要考虑到，另外要切实的考虑到筒体盛放的液体是否能腐蚀筒体，科研人员需要使用数据和公式进行计算，掌握何种厚度最为合适不但不会影响机械的使用强度，能让腐蚀降低到最低。我们知道压力容器的筒体一旦受到应力影响，会产生的破坏情况有以下两种，第一种是压力筒体出现屈服失效的状况；第二种情况是压力容器筒体出现断裂。基于此，科研人员先要分析在压力容器极限情况下失效会带来的危害，以及提升压力作用下的容器抗压值，进而提高压力的可靠性。

三、结语

压力容器的机械强度可靠性设计过程中涉及到的因素众多，必须要将所有因素全部考虑齐全，才能增加设计的可靠性。但是压力容器安全系数随意性较大，可靠性设计方法认为其部件上的应力、强度都是随机变量或者直接为零，其主要的特点就是离散。因此压力容器机械强度的可靠性设计是常规设计的一种深化处理，压力容器的机械性强度一定要将容器的所有构件的设计计算结果充分进行使用。

参考文献

[1]胡小芳，郑小海.对压力容器的机械强度可靠性设计的探讨[J].化工管理，2015（19）.

[2]祖荣祺.可靠性设计在压力容器设计中的应用（一）[J].化工设备设计，1985（02）.