压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施

2020-01-14刘科明

化工设计通讯 2020年6期

沈愚，刘科明

（1.青岛软控云蚁重工有限公司，山东青岛 266317；2.山东凯泰科技股份有限公司，山东青岛 266000）

随着现代工业的发展，石油能源在现代生活中发挥的作用越来越重要。在石油行业发展的过程中，压力容器的应用一直受到人们的重点关注。长期以来，我国对压力容器的应用发展十分重视，并逐步建立了比较成熟的压力容器设计制造体系，为我国经济社会发展提供了必要的基础。

随着新技术的发展和应用，我国现有的压力容器设计制造体系逐渐暴露出自身的问题和不足。在压力容器制造的过程中，应力集中问题一直是限制其进一步发展应用的重要因素。为了推动压力容器的未来发展，在现有技术的基础上，推动应力集中解决方法的应用越来越受到人们的关注。

本文拟通过分析压力容器设计制造的发展现状，对其制造过程中的应力集中问题提出相应的解决方法。

1 压力容器设计与制造的发展现状

在现代生产活动中，压力容器的设计与制造越来越受到人们的关注。为了推动压力容器的设计发展，本文通过分析压力容器的应用特点，对其设计制造发展现状进行了研究。

1.1 压力容器的应用特点

压力容器目前被广泛应用于化学工业、石油工业等多个领域中，并在其中发挥出了重要的作用。在实际应用中，压力容器能够承受比较大的压力，从而为各类危险品提供一个安全的存放环境。我国作为工业大国之一，石油行业的发展一直是我国关注的重点。压力容器凭借着自身的特点，在其中发挥的作用越来越关键。

根据我国压力容器的应用现状，本文对压力容器的应用特点进行了总结：

首先，压力容器有极高的安全性需求。在实际应用压力容器的过程中，需要压力容器储藏大量的高度危害性物质，例如易燃易爆气体等。如果压力容器的安全性不足，很容易导致安全事故的发展，进而影响到压力容器的广泛应用。

其次，压力容器对专业性的要求很高。压力容器一般被用于存储特殊物质，其中大量的物质具有腐蚀性等特点。不同的储存物质对压力容器的性能特点要求各不相同。因此，压力容器的专业性要求很高。

此外，压力容器需要多种不同的结构。为了充分满足不同物质的存储需求，压力容器需要设计出多种不同的结构，以实现在不同环境下对不同物质的良好存储，因此提高了压力容器的设计难度。

1.2 压力容器的设计制造发展现状分析

为了满足压力容器的未来发展和应用，压力容器的设计制造一直是人们关注的重点研究课题。我国对压力容器设计制造的发展也一直十分重视，并逐步建立了比较成熟的压力容器设计制造体系。

目前，压力容器制造工艺已经比较成熟。现有的压力容器制造工艺主要包括原材料验收、切割、焊接、无损检测、后期处理等。经过一系列的工艺处理，才能够保证制造出的压力容器能够充分满足人们的需求。

在压力容器制造的过程中，其结构设计受到人们的重点关注。压力容器的结构决定了其工作性能特点与能够承受的压力。如果压力容器的结构设计不当，很容易发生制造质量不达标，无法满足压力容器安全使用的需求等。

2 压力容器制造过程中的应力集中

压力容器的设计制造对其应用有着重要的影响。由于现代技术等方面的限制，现有的压力容器在制造的过程中存在着应力集中的问题。本文通过分析相关资料，对压力容器制造的应力集中问题进行了研究，并对其中的影响因素进行了探讨。

2.1 压力容器制造过程中的应力集中问题分析

应力集中是一种常见的弹性力学问题，也是影响脆性材料实际应用的主要问题之一。在物体应用的过程中，如果物体存在形状急剧变化的地方，例如缺口、孔洞等，则很容易发生应力集中的现象。当发生此类现象时，物体很容易产生疲劳裂纹等。在部分极端情况下，甚至会出现物体发生静载断裂的情况，从而直接影响到物体的使用。因此，需要尽可能避免应力集中现象的发生。

在压力容器制造的过程中，也容易出现此类问题。压力容器的制造需要进行大量的切割、焊接等工作。如果工序处理不当，就会在压力容器上留下形状急剧变化的地方，从而导致应力集中现象的发生。

2.2 压力容器制造应力集中问题的影响因素分析

为了解决压力容器制造中的应力集中问题，本文通过分析相关资料，对其影响因素进行了总结：

（1）压力容器的结构设计存在缺陷。压力容器在设计的过程中，需要对其封头等结构进行设计，以保证压力容器的密封性等。由于部分设计方案的不合理，采用的平盖封头等设计方案很容易出现缺口等，从而导致应力集中现象的发生。

（2）压力容器的制造工艺不完善。由于特殊情况下的应用需求，部分压力容器需要制造棱角结构。此类结构如果处理不完善，很容易导致应力集中现象的发生。而目前广泛采用的工艺处理手段无法充分满足压力容器棱角的制造，也是重要的影响因素之一。

3 压力容器制造降低应力集中的方法

为了推动压力容器设计制造的发展，本文通过分析多方资料，结合时代技术发展的特点，对压力容器制造过程中降低应力集中的方法进行了研究，并对其中的结构设计要点与制造工艺改进方法进行了探讨。

3.1 压力容器的结构设计要点分析

压力容器的结构设计是降低应力集中现象出现的最主要的方法。根据应力集中现象发生的特点，在进行压力容器结构设计的过程中，首先应当根据压力容器的实际应用需求，选择合理的结构方案。一般情况下，压力容器的结构设计应当首先采用回转壳体和成型封头。此类结构一般采用一体化制造方法，不容易出现缺口等漏洞，从而减少了发生应力集中现象的问题。

在部分情况下，压力容器需要进行多件结构的连接。为了避免在连接的过程中发生应力集中的现象，应当尽可能减少不同结构之间的刚度差。根据刚度差的影响因素分析，需要注意的主要包括结构的材料选用、曲率半径、厚度等。在进行压力容器设计的过程中，应当尽可能采用同一种材料进行结构制造，并尽可能保证连接部分的曲率半径等等保持一致。

3.2 压力容器制造工艺的改进方法分析

除了对压力容器的结构设计方案进行优化之外，还需要对其制造工艺进行必要的改进，以降低压力集中现象的发生。

目前，焊接仍然是压力容器制造中不可或缺的一环，也是保证压力容器制造质量的重要因素。在焊接的过程中，如果不能够实现对余高等因素的控制，很容易导致压力容器的结构不合理，进而发生应力集中的现象。因此，在进行压力容器焊接的时候，需要根据现有的技术手段，严格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根据相关规定对压力容器的焊缝等进行打磨。同时，为了保证压力容器的使用质量，应当尽可能避免采用点焊等焊接方式进行压力容器的制造。