压力容器设备壁厚优化设计研究

吕明璐

摘要：随着社会主义工业化的不断发展，压力容器设备被广泛的应用到各行各业，满足了生产生活的需要。一般而言，为了保证压力容器的安全性，企业生产部门会增加容器设备的厚度，这在一定程度上起到了安全保护的作用，但是造成成本的消耗。本文主要阐释了压力容器设备壁厚原理、有限元模型分析、优化设计的思考和优化措施。

关键词：压力容器;壁厚;优化设计

对于压力容器的应用，我们首先是考虑它的安全性能，这也是应用者最先考虑的因素。面对制作设备成本的增大，如何在保障安全的情况下减少其成本的投入，是所有生产部门需要解决的问题。

一、压力容器设备壁厚原理分析

对于压力容器设备来说，壁厚的优化设计工作十分复杂。如果设计的设备容器壁过厚，这不仅增大了生产材料的成本，而且增加了压力容器的体积，占用了更大的空间位置。所以在设计过程中，应该根据设计要求采用特定的方法，控制好各种参数和要素，达到生产的最优化组合。在生产过程中，可以根据压力容器的实际情况，建立操作模型，综合考虑周边环境和各种因素，在探索中不断改进思路和优化方案，使压力容器设备的壁厚更加符合用户的需求。

在计算的过程中，函数关系为我们的设计提供了重要的帮助。在设计过程中，设计者首先要明确约束条件函数和目标函数，确保得出不同的向量组合。得出向量组合之后，设计者根据得出的结果优化设计方案，从中找到性价比最高的一条设计方案。在优化过程中普遍会用到有限元分析法。它的应用极大减轻了设计者在设计优化过程中的工作难度，提高了设计的准确度和精确度。

二、有限元设计模型的分析

（一）确定设计条件

在利用有限元进行优化的过程中，首先要确定设备使用的要求、压力的条件和要达到的目标，只有对流程有一个清晰的认识，才能在优化过程中有条不紊的进行设计施工。对于模型的建立，一般情况下会用到轴对称的知识，轴对称的结构在分析有限元的过程中起着重大的作用。在设计模型中，设计者有大量的工作，如果细节处理不好，很容易影响整个模型的质量，最终导致电压容器壁厚不达标。在借鉴轴对称的原理下，设计者可以建立一半的设计工程，这对于整个模型的构建起到了重要的铺垫作用，也提高了工作效率，缩短了工作周期。

（二）优化设计流程

在优化过程中，我们经常用到网格划分的方法，把建设好的模型用网格划分后，获得每个对应点的数据坐标。获得坐标数据之后，设计者对其进行施加荷载和约束条件。从数据的记录来看，有限元所得到的优化结果是通过数据的不断迭代实现的，它参照约束目标和约束条件不断的调整和趋近目标，最后达到最理想的状态。通过这种方式，在保障安全的情况下减轻了设备的体积。

三、电压容器设备壁厚的思考

在优化电压容器壁厚的过程中，有限元的应用对于优化工作起到了重要的推动作用。从中我们可以看到有限元运用的可行性，并且十分值得被推广。但是针对不同的条件，也需要灵活运用和优化。比如对于压力容器设备较小的空间场合，基本上不用采用有限元的方法进行优化，因为电压容器壁厚已经达到了极限，没有太多需要发挥的空间。但是随着我国工业化进程的不断加快，许多电压容器设备的壁厚需要改良和创新，这时有限元的方法就发挥出了它的魅力。在大型企业的压力容器设备壁厚的改良过程中使用有限元方法，可以减少压力容器设备的体积和占地空间，提升了产品的整体优势和性能，拓宽了市场的渠道，也为企业节约了成本。但是，在应用有限元的方法中，应该重视建模的过程，在建模中时刻保证数据的准确性，防止建模出现问题，对后期的优化工作造成影响[1]。

在优化过程中，除了采用有限元的方法之外，还可以采用其他的优化方式，比如智能寻优算法，也可以使压力容器设备得到最优的设计效果。运用智能寻优算法，可以实现数据的不断迭代，而且在这个过程中不用建立模型，这极大的减少了优化设计的工作量，还保证了压力容器设备壁厚的最优化设计，可谓一举两得。

四、压力容器设备壁厚的优化措施

（一）加强对于压力容器设备的保护

压力容器在企业单位的生产过程中承担着重要的输送压力作用，所以在传送中可能会存在这样那样的隐患。为了减轻压力容器的输送压力，设计者一般会安装许多泄压的设备，这无疑又加重了压力容器设备的安全隐患。基于此，设计者必须加强对压力容器的保护工作。尤其是在雨雪天气，压力容器和泄压装置很容易出现危险，所以有关单位的技术人员应该加强对压力容器设备的保护工作。

（二）注重压力容器设备的选材工作

基于压力容器设备对于安全性要求的需要，在设计制作压力容器时，技术人员必须层层把关，切实保证压力容器的选材用料符合国家标准。在实际的设计中，对于材料的要求首先是考虑材料的荷载能力，根据不同场所的需要，设计者要选择合适的材料进行制作设计。材料的质量是决定压力容器设备好坏的关键，只有切实保障材料的合理化选择，才能发挥压力容器设备的作用，为企业的安全发展保驾护航。

（三）加强设计者的综合素质能力

压力容器设备的设计，对于设计者的从业素质和专业素质都有极高的要求。设计者必须对于数据有着强烈的敏感度，还要具备专业的知识素养。但是，目前的从业者还需要不断加强专业技术和专业能力的学习。对于企业来说，应该组织不同的学习交流活动，给设计者提供学习和提高业务水平的平台，让他们在学习活动中不断进步发展，为压力容器设备的研究设计工作做出贡献。另外，企业应该完善员工内部奖励机制，对于在学习活动中进步较大的设计者给予物质或者精神的奖励，调动他们的学习积极性，引导他们主动的加入到学习专业知识的队伍中来。最后，设计者应该认识到自身工作的重要性，一点工作疏漏的出现可能直接影响整个生产线的安全工作，所以更应该从自我做起，不断的加强知识的学习，提升自身的素质[2]。

结语：

对于压力容器设备壁厚的优化来说，这是一项非常复杂的任务，必须谨慎小心，在优化中可以采用有限元方法解决问题，但是也可以使用不同的优化方式，都能起到优化的作用。在优化设计方案时，设计者一定要灵活应用各种方法，控制好目标函数和约束条件，切实保证压力容器的安全性。相信在共同的努力下，压力容器设备壁厚的优化工作一定会取得突出的成效。

参考文献：

[1]郭义帮.压力容器定期检验、检测误差分析及对策探讨[J].技术与市场，2020，27（10）：106-107.

[2]李瑞生，蒋拓，黄仲正，高名乾，李君君，林汉华.关于压力容器等强度计算方法在油缸筒壁厚优化中的研究与應用[J].液压气动与密封，2020，40（05）：25-28.

中国昆仑工程有限公司 辽宁 沈阳 110000