可靠性方法在压力容器设计中的应用

臧财宝

摘   要：在压力容器设计中，可靠性方法的合理应用能够提高容器使用的可靠性和安全性。结合压力容器和可靠性的概念，就可靠性方法在压力容器设计中的应用情况进行了分析和讨论，希望能够为压力容器的设计提供借鉴。

关键词：可靠性方法;压力容器;设计;应用

对比发达国家，我国在压力容器设计方面略显不足，需要做更加深入的研究。虽然发展速度较慢，不过早在20世纪初，我国就已经开始了对压力容器的研究，在压力容器设计中引入了可靠性方法来提升容器设计和运行的可靠性，在保证设计质量和设计效果的同时，能够有效降低设计成本。

1    相关概念

1.1  压力容器

压力容器是一种用于装液体或者气体、能够承载一定压力的密闭性设备，在工业、军工、民用等领域有着非常广泛的应用。为了能够切实保证压力容器运行的安全性，需要做好压力容器的设计工作[1]。对比一般容器，压力容器在内部直径、工作压力和工作介质方面存在很大的不同。对压力容器的结构进行分析，通常包含了接管、封头、筒体以及密封元件、支座等。在压力容器的使用过程中，会受到各种外部因素的影响，如果不能对其进行有效的处理，则可能引发爆炸事故，威胁工作人员的人身安全。

1.2  可靠性

可靠性指产品在使用过程中，能够在允许的工作环境中，于一定时间内满足用户的需求，没有故障和问题，其本身与温度、湿度、压强以及使用时间等密切相关。这里的产品可以是零部件，也可以是设备或者系统，而允许的工作环境则包含了很多内容，如环境因素、使用条件、维护方法等。另外，产品的可靠性与时间同样存在密切的关联[2]。因为随着使用时间的延长，产品的可靠性和安全性都必然会有所下降，內部的元器件也会逐渐老化，使用时间越长，安全隐患也就越大。所有产品生产的目的，都是为了能够满足生产生活的需求，而不同企业因为自身生产条件的限制，得到的产品在功能上会存在一定差异，产品的可靠性也会有所不同。

2    压力容器设计的可靠性要求

压力容器在很多领域都有着广泛的应用，对于其设计的可靠性也有着相当严格的要求，若在设计生产环节出现问题，将会对产品的质量产生直接影响，也会威胁工作人员的生命安全。现阶段，伴随着科学技术的发展，压力容器的设计变得越发完善，其对于可靠性的要求主要体现在以下几个方面。

2.1  运行可靠性

在压力容器设计中，必须从其运行环境出发，确保容器能够承受高温和高压的影响，提升其对于腐蚀性物质的抵抗能力，在保证容器封闭性能和使用效果的情况下，运用合理的措施和手段，对压力容器中的能量进行处理，尽可能减少对容器的破坏性。

2.2  经济实用性

在压力容器设计环节，需要在严格保证其安全性的同时，对设计结构进行简化，降低生产成本。对于设计中存在的问题，应该及时与专家进行沟通，有效地应对处理，提升压力容器设计的质量，降低维修费用，为企业带来更大的经济效益。

2.3  使用寿命长

压力容器在使用过程中，可能会接触到各种各样具有腐蚀性的介质，这些介质会对容器的壳体造成腐蚀，影响容器的使用寿命。但是从目前来看，不少设计人员没有就常见的腐蚀材料进行深入的研究，设计出的压力容器对于腐蚀介质并没有很好的抵抗能力。对此，在进行压力容器可靠性设计的过程中，应该做好腐蚀材料的分析，提升容器壳体的抗腐蚀性能[3]。同时，也应该做好需拆装顶盖的合理设计，配合快拆密封结构来降低成本，为操作维修提供便利。

3    可靠性方法在压力容器设计中的应用

压力容器设计的方法有很多，在进行设计的过程中，需要关注设计工艺条件，明确设计期间的安全基础和经济方向，强化压力容器的综合使用价值，切实保证容器设计的可靠性。可靠性方法是压力容器设计中最具代表性的一种，通过对可靠性方法的合理应用，能够提高压力容器使用的安全系数，保证其使用安全。

3.1  方法

（1）可靠性数学方法。作为应用数学中的一个重要分支，可靠性数学能够将涉及可靠性的问题通过数学模型的方式表现出来，然后借助运筹学和概率学的方法及理论，开展深入研究，对存在的问题进行解决。在开展压力容器设计的过程中，应用可靠性数学方法，能够对压力容器故障进行研究，对故障发生的规律进行统计，也可以就压力容器的设计方案进行分析评估，为设计工作提供相应的理论保障。（2）可靠性物理方法。可靠性物理方法在压力容器设计中的应用，主要是就压力容器故障进行分析，研究故障发生的原理，开展相应的故障检测工作，同时，也可以结合相关参数，构建起完善的物理模型，就压力容器的失效模式进行研究，提出有效的应对和防范措施，确保在进行压力容器设计的过程中，能够尽量避开失效原因，提升设计的合理性及可靠性;（3）可靠性工程方法。可靠性工程方法能够就压力容器失效的现象进行研究，帮助设计人员分析压力容器失效现象发生的概率，并就失效现象进行预测，开展设计模型的相关试验，结合试验结果来反推设计参数的合理性，对失效现象进行严格控制，切实保证最终设计方案的合理性及可靠性。

3.2  应用

伴随着科学技术的快速发展，压力容器设计中的先进技术和方法越发丰富，要求设计人员能够了解压力容器的应用强度以及测试水平，做好相关数据调研工作，就压力容器的尺寸、强度等因素进行分析，明确压力参数的变化情况，对压力容器设计过程中的随机变量进行严格控制，推动设计模式的优化[4]。

3.2.1  做好数据信息分析

在运用可靠性方法进行压力容器设计的过程中，应该做好压力容器相关数据信息的分析和研究，明确容器参数变化以及随机变量对设计结果的影响，开展统计分析的同时，建立起完善的信息数据模型，并借助概率数据统计的方法，就研究对象的特征进行描述，以此来保证统计结果的准确性，做好数据结果的记录工作，再配合试验的方式以及概率学方法，就容器的设计数据、随机性能以及应用变量等作出合理判断，分析压力容器设计的先决条件，继而对设计方法进行优化。

3.2.2  明确设计变化因素

设计人员在进行压力容器可靠性设计的过程中，应该对设计变化因素进行分析，在把控好随机变量的同时，做好概率数据的计算工作，明确压力容器的使用特征，尽可能对容器的失效故障进行规避。同时，应该借助概率学因素，对压力容器使用的可靠性进行记录，把握好先决条件，做好试验数据的分析，明确压力容器设计期间存在的變量因素，如物理量、热荷载、机械荷载等，找出设计失败的原因，做好有效应对。

3.2.3  优化产品数值评定

设计人员应该明确产品参数的变化情况，就产品数值和综合性能进行评定，了解压力容器强度、抵抗力的具体情况，在分析设计条件的同时，控制好数据指标，保证压力容器的整体使用价值。在进行产品设计分析的过程中，必须了解应用变化因素以及容器失效因素，对应力作用以及抗力变化进行深入分析。

3.2.4  充分考虑随机事件

在压力容器设计环节，需要就可能存在的随机事件作出充分考虑，借助概率论来对随机事件发生的概率进行印证，明确产品故障产生的原因以及故障变化机制，做好统计分析和概率论证工作，同时，也应该对压力容器的使用可靠性做出评估，对压力容器的使用寿命进行分析，测定好具体的使用参数，以此来保证压力容器的工作价值。

3.3  注意事项

在信息技术飞速发展的背景下，压力容器的设计开始采用计算机技术，对设计人员的能力和素质提出了更加严格的要求，要求其不仅需要掌握压力容器设计的专业知识，还需要具备一定的计算机基础及电脑绘图能力。在压力容器设计环节，如果一味关注计算结果而忽视计算过程，则可能在容器中埋下安全隐患：以钢材的选择为例，要求设计人员必须能够先对压力容器承受的压力和温度进行分析，选择质量良好的材料，但是也不能盲目追求钢材等级，而是应该充分考虑自身需求，因为不合理的材料可能会导致容器壳体壁厚增加，引发产品质量问题，也会增大企业的成本。对此，企业在进行材料采购的过程中，应该在保证其质量的前提下，尽可能降低成本，促进压力容器可靠性的提高[5]。

4    结语

压力容器设计是一项复杂性、系统性的工程，在进行设计的过程中，应该引入可靠性方法，了解压力容器的安全系数和设计变量，就其离散性质进行分析，控制好数据精度，分析可能存在的影响参数，促进压力容器在使用过程中的可靠性提高，在保证容器质量的前提下，对成本进行控制，促进企业经济效益的提高。

[参考文献]

[1]梁思维.浅谈压力容器设计的常见问题与解决措施[J].南方农机，2019，50（19）：129.

[2]刘 洋，赵 晶，李 楠，等.浅析压力容器制造的质量控制要点[J].中国设备工程，2019（12）：202-203.

[3]林 森.基于响应面方法的复合材料压力容器可靠性分析[D].大连：大连理工大学，2019.

[4]田 旭.对压力容器的机械强度可靠性设计的简单探讨[J].科技经济市场，2019，（1）：16-18.

[5]孙小虎.可靠性方法在压力容器设计中的应用研究[J].山东工业技术，2018（15）：64.