压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施

马鹏 吴晨 朱旭晨

摘要：随着科技的进步，工程事业的快速发展，压力容器成为工业企业的关键点同时也是化学工业生产的重要设备。压力容器对于工业发展来说，要保障其安全性和稳定性，对压力容器的载荷与应力以及应力和变形提出分析，保障安全的同时又要实现设备的经济性。那么，如何实现安全性呢？本文通过对压力容器的设计以及其制造过程中降低应力，集中提出相应措施，保障压力容器的安全与稳定，提高企业的经济效益。

关键词：压力容器;制造过程;降低应力

前言

伴随着现代的工业水平逐渐进步，我国在石油能源的开发中起到了关键的作用，因此在石油行业，保障压力容器的安全性以及可靠性至关重要，我国对压力容器进行了有关制造要求和技术规范标准，同时也对压力容器的制造提出了新的方案，保证压力容器能够多方面使用新兴工艺以及材料在压力容器的使用过程中，需要避免应力腐蚀对压力容器的损害同时要采取相应的解决办法，避免造成更大的危害。

一、压力容器的应用

我国非常重视压力容器的相关应用以及发展，同时对压力容器也进行了较为完善的体系规定以及要求保障新技术在压力容器的实施中得以体现，同时在制造和设计压力容器的过程中保障压力容器的安全性以及稳定工作性是当前的必要点之一，那么压力容器的特点有以下几项：

（1）压力容器的工作环境极其恶劣

其压力容器往往需要承载强大的压力以及极高的温度，同时也时时刻刻受着腐蚀的风险，若不能保证压力容器的安全性则极易产生安全事故。同时压力容器需要极高的安全性需求，若周围环境阴湿或雷雨频繁，那么需要对压力容器进行适当的保护措施。

（2）压力容器中存在着种类繁多的介质

大多数具有不同程度的腐蚀性和爆炸性，因此保障压力容器的密封性成为当下的重要解决问题之一，因此容器的密封性如果处理不到位则会导致介质泄漏等问题，进一步的造成巨大的破坏。

（3）压力容器的结构极其复杂

压力容器为了满足各式各样的工业需求，则需要压力容器在结构设计上具备更多的多样性，以便于适应不同的工作条件以及环境条件，因此压力容器的设计需要极高的要求。

二、压力容器中的应力集中问题

压力容器到工作条件恶劣，其中应力集中以及应力腐蚀是使应力容器产生裂纹以及造成损害的原因之一。那么在不同的工作条件下，化学物质以及机械工作的高强度作用下，压力容器容易在应力集中和应力腐蚀的条件下出现裂纹，进一步致使压力容器造成损坏。

（1）应力集中问题

应力集中问题受到压力容器的制材条件影响，同时也是弹性力学的常见问题，当压力容器出现形状改变时，那么压力容器就特别容易产生应力集中现象。这个现象容易使脆性的金属板材料发生，竟在断裂同时也会使韧性材料出现疲劳而发生裂纹，若不能及时的对压力容器进行有关保护的话，裂纹将会逐渐扩大，最后导致安全事故的产生。压力容器表面的裂纹或者其他缺陷的存在也时产生应力的问题所在，因此才压力容器设计的时候尽量使用统一材料进行结构制造，并进可能的保证连接部分的曲率半径部分的保证一致。

（2）压力容器应力集中的源头

压力容器中的应力集中主要是因为结构上的几何并不是连续的在压力容器的设计支出选择了瓶盖封头的设计，这样的设计会导致容器的躯体产生不连续效应，因此引发了应力集中的问题。此外容器上有各种各样的管道口，管道口不仅仅破坏了压力容器的连续性和消除了压力容器的整体性，同时也在一定程度上增加了压力容器的应力集中。

影响压力容器应力集中的另一个原因是焊接当压力容器进行设计组装时焊接的连接方式使压力容器通过焊缝母材和热影响区以及融合区的焊接接头，使应力集中效应得到了增强。

三、降低压力容器应力集中的措施

降低压力容器的应力集中效应，不仅仅可以有效的保证压力容器的安全性，同时减少压力容器裂纹的产生，进一步的消除安全事故隐患，同时也使工作人员的工作环境得到了进一步的保障。

（1）对压力容器设计的结构进行优化

压力容器应力集中的产生与压力容器的选材有巨大的关系，在压力容器的设计当初要进行选材优化，进一步从基础做起，减少应力，集中带来的危害影响。其次进一步减少瓶盖封头的设计，取而代之的是采用凸形封头保证压力容器的连续性得到提升，其次是优化管口的布置，减少压力容器顶部的非必要开口，避免在底座以及压力容器的筒体之间设置垫板。设计压力容器时需要采用的结构设计，首先使用回转壳体或者成型封头，此类的选择是一体化制造的，减少了缺口的出现，从而能够很大程度上减少应力的产生。

（2）使用合理的焊接技术以及焊接工艺

焊接技术的改动不仅仅可以改善元件之间的连接程度，同时也可以很大程度的降低应力的水平。在进行焊接时需要选用对接接头，因为相比如脚接接头来说，对接型的接头不仅仅可以避免应力集中效应，同时也可以加强焊接程度。在选用封头时，需要选择带有直边的封头，同时对风头上的开孔以及高颈对焊法兰等措施，也是至关重要。在焊接接头的尺寸上，需要选用合适的接头尺寸，保证低应力水平，同时对不同等厚度的受压元件进行削薄处理，保证厚度尽量一致。

（3）使用先进的方法对压力容器进行有关改造

相对于先进的科学技术来讲，传统的设计方法虽然会更便捷的，且快速的为设计者提供方案，但是容易造成有关的资源浪费，并且使应力集中水平不能降低，因此在设计方案时需要保障良好的设计理念，从对压力容器进行设计支出开始进行有关数据化和结构化，防止一刀切的现象产生。

结束语

工业生产已经成为我国重要的经济发展途径，压力容器的广泛使用不仅仅为工业的生产带来了良好的机遇，同时也保障了社会经济的稳步上升。与此同时，保证压力容器的应力集中水平稳定是保障压力容器的安全基础，同时消除应力集中，杜绝腐蚀情况产生，确保压力容器在工业生产过程中的安全进行。

参考文献：

[1]陈宇宁.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].建筑工程技术与设计，2020，（28）：3956.

[2]王康，姜正乾.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].商品与质量，2020，（28）：92.

[3]吴爽，陶桂花，李伟彦，等.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].写真地理，2020，（38）：267.

[4]李文鑫.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].建筑工程技术与设计，2020，（27）：3963.

[5]沈愚，刘科明.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].化工设计通訊，2020，46（6）：110-111.