化工压力容器设计及不安全因素的研究

郑顺城(启东神农机械有限公司，江苏 启东 226200)

0 引言

在现代科技发展的带动下，压力容器的应用领域越发广泛，尤其是在化工行业的应用，对提高生产效率和经济效益等方面有着积极意义。但影响化工压力容器设计安全性的因素较多，包括压力和温度等因素。还需本着具体问题具体分析的原则，根据不安全因素采取有效的措施处理，确保化工压力容器运行的安全可靠性，促使化工生产作业得以顺利展开。

1 化工压力容器设计要求

1.1 设计要求

化工压力容器的设计需掌握客户的实际需求和压力容器的工作条件等。在其基础上，规范选用制作压力容器的材料，合理设计容器的结构形式。化工压力容器的设计需求较多，在不能做到面面俱到的情况下，需合理取舍各种设计需求，确保压力容器设计与实际化工生产需要的匹配度，促使压力容器处于最佳运行状态，满足化工生产的效益需求。

1.2 设计方法

在设计压力容器的实践中，通常采取以下几种设计方法，一是经验设计方式，依据弹性设计准则与壳体薄膜理论及材料力学知识，合理计算受压件的壁厚，属于依据工作经验展开设计和制作的方法。因此，在压力容器的结构设计与材料及工艺的选择过程中，需加强控制局部应力。从弹性失效问题入手，不断提高许用应力的安全系数，科学合理的设计化工压力容器。二是分析设计方法，依据应力分析数据和严格的工艺标准及弹塑性失效准则，分类汇总和计算分析应力情况。不同的应力在产生与破坏形式方面的差异较大。为满足应力要求，还需在了解应力破坏形式等方面情况的基础上，设计不同元器件。安全可靠性的设计化工压力容器应力，能够防止材料发生塑性变形，减少材料浪费，有效控制压力容器的载荷。由此可见，分析设计方法的实际应用价值更高，也是常用的一种化工压力容器设计方法。

1.3 绿色设计

在现代科技发展和材料持续优化的带动下，使得化工压力容器的绿色设计逐渐成为了可能，可减少设计环节的能耗，提高化工压力容器的安全稀疏，使其逐步向轻便化和低成本等趋势发展。通过调整环节工艺与严格把控材料质量等措施，从根本上实现节能设计。在设计环节合理控制化工压力容器的结构，促使化工压力容器的内部结构不断精简，与化工事业的现代化发展要求高度契合。

2 化工压力容器设计不安全因素分析

2.1 使用年限问题

化工压力容器的性能，随着实际使用时间的延长而逐步降低，而性能降低是引起生产环节能耗和成本增加的主要影响因素。长期使用的化工压力容器，化工压力容器的性能和构件严重受损，构件的损坏和老化等问题得不到及时解决，发生安全事故的几率更大，对化工生产企业的效益带来不同程度的影响[1]。在设计化工压力容器时，需加强对使用年限这一不安全因素的充分考虑和重视，优化设计方案和制作工艺，尽可能地延长化工容器的安全使用年限，以此实现应用价值的最大化。但实际上，后续的维护工作必不可少。化工企业对化工压力容器投入使用后的维护工作展开不重视，促使化工压力容器的性能衰退进程加快，在未达到使用年限时，就已经出现了明显的报废倾向，使用过程中的安全隐患不断积累。因此，在设计化工压力容器时，需加强对维护保养因素的考虑，通过压力容器综合性能的提升，促使容器的使用年限得以尽量延长。

2.2 材料问题

化工压力容器的性能发挥与后续使用的安全可靠性，也受其焊材与母材等材料的合理选用影响。因此，对容器材料这一不安全设计因素的把控不能忽视。在设计化工压力容器时，需合理选用母材，多方面考虑母材对化工压力容器安全性等性能发挥的影响。化工压力容器接触的化学介质和工作条件不同，对设计材料的选择也存在明显的差异，还需根据实际需求合理选用母材。提高设计环节的选材合理性，按照相关规定的要求标准，严格检查与控制材料的质量，避免在应用中出现腐蚀和渗漏等问题。考虑化工压力容器应用时的人为操作和应用环境等因素的影响，确保化工压力容器的材料选用合理性和整体性能达标，符合化工安全生产的实际需要。化工压力容器的不同部位设计，选用的材料也存在明显的差异。同时在材料的选用中，不能忽视对材料利用率和材料浪费及制作成本等方面问题的考虑，促使材料的应用价值得以充分发挥，切实满足化工压力容器的设计制作需要[2]。

2.3 热处理问题

部分企业为节约容器的制作成本，会对热处理技术的应用不重视，从而引起化工压力容器投入使用不稳定的问题，促使其制作的安全性不符合标准要求。化工压力容器的设计不能主观随意，需从制造的过程入手，充分考虑零部件结构的热处理性能，尽可能地强化容器使用的安全可靠性，规避化工生产中的安全隐患。在压力容器的热处理设计环节加强细节把控，包括容器自身与焊接接头等方面的内容，通过对其规范进行热处理，不断提高化工压力容器的安全性能。在化工压力容器的实际设计中，加强考虑整体设计安全和设计成本，尤其是在必要的热处理设计环节进行省略或粗放性的处理，必然会降低化工压力容器使用的安全性与可靠性，为化工生产带来事故隐患。因此，在设计化工压力容器时，需加强对质量和安全等因素的把控，严格执行相关工艺标准，规范做好化工压力容器相关结构的热处理设计。尤其是对关键结构件的设计，建议采取焊后热处理方式，降低和控制焊接引起的残余应力，确保化工压力容器的实际使用要求。

2.4 变形问题

化工压力容器的制作工艺复杂，涉及较多的制造环节，任何环节出现问题，都会对整个化工压力容器的质量带来不同程度的影响。在化工压力容器的制造过程中，受流程和技术及理念等因素的影响而出现问题，会直接限制容器整体性能的发挥。如在焊接环节，受多层筒体的焊接顺序不合理等问题的影响，易出现化工压力容器变形等问题，通过肉眼通常难以被发现，但在化工压力容器投入使用中的安全隐患影响较大。为规避潜在的使用危险，需在化工压力容器的焊接环节，加强对焊接细节的把控，避免出现泄漏和破裂等情况，减少对化工压力容器的安全使用影响。

3 化工压力容器的安全设计策略

随着化工行业的规模化发展，生产工艺不断创新，对化工压力容器的性能要求更高。若要想通过设计提高化工压力容器的使用安全性，还需不断优化化工压力容器的设计质量标准，并在材料及工作选择等方面下功夫，推动化工压力容器设计持续优化发展[2]。

3.1 把控使用年限影响因素

针对使用年限不安全因素的把控，需从以下几方面入手进行处理：一是加大对化工生产企业的安全宣传力度，引导企业加强对化工压力容器使用年限的重视，提高对超出使用年限继续使用化工压力容器危害性的认知度，将其传统的思想观念和职责理念中脱离出来，不断强化安全生产意识，树立正确的思想行为，并将安全教育贯彻落实到企业内容，形成全员配合与支持及重视化工压力容器在使用年限内安全应用与维护的良好氛围。二是在化工压力容器的设计方面下功夫，综合考虑化工压力容器的使用要求和工作条件等多方面的影响因素，合理设计与不断优化设计方案，力求在特定的生产环境下，促使容器的使用年限得以有效延长，满足化工企业安全生产的要求。在设计化工压力容器时，充分考虑到化工生产中压力容器接触化学介质的腐蚀性和与液体存储压力及腐蚀余量等方面的影响因素，要求化工压力容器的抗压性和耐腐蚀性达标，延缓化工压力容器的老化速度。三是完善产品说明书的内容，明确强调化工压力容器的使用和维护检查等方面的要求及注意事项，尽量延长化工压力容器的使用年限，确保化工压力容器的安全生产使用。

3.2 把控材料影响因素

材料是化工压力容器设计和容器安全维护的基础，需加强对化工压力容器设计中选材方面的重视。按照规定要求，严格选用设计材料，检验材料的质量，确保材料的质量达标。在化工压力容器的实际设计中，充分考虑化工压力容器的使用环境和用途等情况，确保材料的选用符合多种要求。合理设计材料备用方案，在化工压力容器投入使用中，出现任何原设计材料等方面的问题，可发挥备用方案的作用。原设计材料接触的化学介质存在较强的腐蚀性，需合理使用不锈钢材料与钛-钢复合钢板，与介质的接触面采用钛材，外层采用低合金钢，提高化工压力容器抗腐蚀性的同时，达到节约制造成本等目的。

在绿色节能设计的理念影响下，本着引进来与走出去的原则，引用先进的技术，借鉴优秀的经验，采用多层包扎式氨合成塔筒体材料，发挥材料的配件制作稳定要求低和制作成本低等优势特点，确保其符合容器的设计要求和实际应用需要。在利用氨合成塔材料时，高温加工处理底部三通，其余结构的材料在200℃条件下进行加工处理，切实降低加工的难度。氨合成塔的材料的成本低且性能优异，是一种理想的压力容器材料。化工压力容器的设计材料选择，不仅需考虑化工压力容器的种类和应用场景等影响因素，还需设计多种材料方案，通过实验论证的方式确定和采用最佳的材料方案。同时保障压力容器设计材料的多性能优势整合，包括耐腐蚀与耐高温等，促使化工压力容器的设计和制作工作得以有序展开。

3.3 合理运用热处理工艺

热处理工艺是化工压力容器设计过程中不能忽视的关键因素。在热处理工艺的设计应用中，需加强对应用热处理技术的重视，确保化工压力容器制作生产的安全可靠性。在实际设计中，需通过对容器自身进行热处理，以达到去除残余应力的作用；对压力容器的焊接接头施行热处理。要想充分发挥热处理工艺的应用价值，需加强对热处理温度的合理控制，避免高温因素引起的材料变性问题。不同材料的热处理要求多有不同，需充分体现出热处理的针对性和差异性，避免因不当热处理引起的压力容器性能弱化等问题。加强对化工压力容器焊接后的热处理设计把控，焊接处存在较大的残余应力，对化工压力容器的安全性能影响较大。因此，不仅需合理选用容器的设计材料，还需在各加工环节合理控制热处理工艺，保证其使用安全性。应力作用引起的裂缝和变形问题不能忽视，需依据设计要求，在焊接前对钢板进行预热处理，焊接后施行热处理。合理控制弯曲管道的热处理，以规范落实设计方案，确保化工压力容器的设计标准和实际制作保持高度一致。

3.4 处理制作变形问题

容器的设计变形直接受焊接技术的应用影响。还需加强对焊接技术应用的深入研究，加强焊接细节的监督把控，确保焊接技术的应用规范性，切实规避压力容器的变形问题。在焊接环节需做到以下几点：一是在实际组装前，模拟组装所有的组件。二是安装环节采取十字架内支撑工装的方式，确保安装的合理性，降低焊接变形问题的发生率。三是焊接筒体后需施行预变形处理，规避因不合理焊接产生的变形情况。四是因应力因素产生的变形情况，通过热处理技术进行焊接，针对较大内外部温差的问题，通过预热的方法均衡温度，再利用热处理技术实施焊接，避免因温差因素引起的变形问题。化工压力容器的设计效果，直接受焊接工艺的影响，要求焊接工作人员需不断提高自身的技术水平，加强对焊接全程细节和标准要求的把控，提前预测裂缝和碳化等常见的焊接问题，采取针对性的措施进行处理，防止化工压力容器出现变形等质量问题，确保化工压力容器的安全性和稳定性等整体性能的充分发挥[3]。质量管理贯穿焊接等化工压力容器设计的全程，促使化工压力容器的设计和管理体系更加优化，把控因工艺等因素引起的质量问题，确保化工压力容器的设计和制作及使用维护等工作得以顺利展开。

4 结语

在化工压力容器的设计环节加强预测和把控各种不安全因素，从源头上杜绝化工压力容器的质量问题，确保化工压力容器投入使用的安全性。要想在设计环节确保化工压力容器的整体性能达标，需从使用年限和材料选用等不安全因素入手，不断优化设计方案内容，引进先进的设计方案和理念及手段等，确保设计方案的科学性与全面性及绿色化等优势特点突出，以推动化工压力容器设计领域的不断革新。