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摘 要：石油化工压力容器的设计不但是设计者和制造商们关心的问题，更是用户十分关心的问题，获得既安全又经济合理的压力容器是大家共同的愿望。然而影响压力容器设计成本的因素很多，既有设计上诸方面的因素，又有制造方面的若干环节。一台设计合理的压力容器，它的制造成本必然就会降低，反之则较高，与压力容器成本直接相关的设计因素大致有很多，本文仅从设计方面加以分析叙述。
主题词： 压力容器，设计 、经济成本
1.设计参数的确定
1.1.设计压力
在GB150-及<<固容规>>中都对设计压力的取值进行了明确的规定，且给出了设计压力的最小值。设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，它的取值完全取决于容器的工作压力，因此，在确定设计压力时必须首先准确地确定容器的工作压力，然后根据《固容规》、GB150及HG/T20580标准中的规定合理确定设计压力。在设计中我们没必要把安全系数值定的过高，因为设计压力越大，容器壳体的壁厚就会相应地增加。比如有些完全可以用Q245R钢板的，有时由于设计压力取的偏高，就有可能采用Q345R或强度更高的钢板，无形中增加了容器的造价，造成不必要的浪费。
1.2.设计温度
关于设计温度在GB150中也有明确的规定，是指在正常的操作条件下，设计元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度选取的高低直接影响设备的造价，取的过高过低都不科学，如果取的过高，那么材料的许用应力值就降低，势必将容器的壁厚增加；如果取的过低，一方面材料的许用应力值过大，造成设备不安全，另一方面本属于非低温设备而有可能变为低温容器， 这样就会大大增加了制造成本。所以我们应具体情况具体分析，不能因为过于强调安全而随意增加或降低设计温度。如有的压力容器虽然工作温度低于-20℃，但根据GB150中的规定，经计算可能属于低温低应力工况，若按常规容器设计，同样可以安全使用， 这样大大减少制造难度和制造成本。
1.3.介质的特性及腐蚀裕量
搞清介质的特性也是设计中的一项重要内容。介质特性包括化学成份及腐蚀性、所处的状态、毒性程度 、易爆等物性。这些特性直接影响设计和制造的要求。简单地说：如介质中含有氯离子，就不能选用奥氏体不锈钢；如果介质的腐蚀性很强， 就应考虑选择不锈钢或不锈钢复合钢板；而对于一般的介质就可以选用碳素钢。在设计中腐蚀裕量的选取也是很重要的，它是由腐蚀速率和使用寿命决定的。
2.合理的选料
在压力容器设计中主体材料约占设备总造价的40%-60%，因此正确合理的选材对容器的设计有很大影响，选材必须考虑设备的操作压力、操作温度、介质特性、材料的焊接性能及冷热加工性能 、设备的结构及制造工艺、材料的来源及经济合理等，只有弄清了介质的特性，才能合理确定选用材料。如一般环境的就不应轻易选择不锈钢，当环境介质腐蚀性很强时，应首先考虑选用不锈钢复合钢板，而不能简单的确定全部采用不锈钢。同样能采用衬里来防腐时，则应当先考虑选用一般钢材作主材，通过衬里来达到防腐蚀目的。
其次，对要求较高的压力容器应选用性能较好的质量较高的材料，反之对于一般工况的设备，在选材上就应有所侧重，不能一概而论。另外，在材料的选择上，还应根据设备各部件的不同工作状态而选用不同的材料，如管壳式换热器，当管程的介质腐蚀特别严重，而壳程内为一般介质时，管程就应该采用耐腐蚀性较强的材料 ，而壳程就应选取一般性的材料，总之应根据具体条件选择合适的材料。
3.容器结构的合理设计
3.1.设备的整体结构
压力容器设计是否合理，直接影响压力容器的造价。整体结构的设计是与工艺条件有直接关系的，工艺条件必须准确，才能使容器的外形、结构确保合理。外形尺寸的确定，必须在满足工艺要求的前提下，尽量选择比较适宜的长径比，同时尽量选用标准系列直径及采用标准封头及法兰；还要满足容器内构件的安装、方便制造、检验和运输等要求。而对于零部件的选取，也应考虑成本核算问题，如容器法兰，当采用平焊法兰能满足设计要求时，就不应选取长颈对焊法兰，因后者要求锻制，造价太大，而因小失大。
3.2.补强接管的设计
压力容器上开孔是不可避免的， 压力容器接管与壳体连接处应力复杂，局部应力较高，焊接较困难，质量不易保证，是压力容器发生失效较多的部位，在进行补强计算时，应尽可能不采用整体增加筒体厚度补强，而采用其它更合理些的补强方法，以降低整台设备的重量和造价。如补强板结构，厚壁管结构，或整锻件补强，当然这几种方式也存在不同的造价。因此在设计中，当工况允许时应首先考虑用补强板，其次是厚壁管，再次是整锻件补强结构。
4.技术要求的经济合理性
技术要求也是对设备的设计制造水准的要求，它的严格程度也就决定着设备的制造质量和安全。设计要求高、制造质量高，设备造价也就高了，因此对技术要求中的每条都要仔细推敲，包括检测、热处理、检验、试压以及焊材选取等都是制造、检验要求中的重要内容。尤其是无损检测和热处理，如果将检测误定为100%，显然大大增加了制造费用；有些容器本身工作环境实际上可以免作焊后热处理的， 但由于工作条件参数不明确，而要求作了热处理，则可能使容器的成本增加8%-15%。
此外，还有一些与制造成本有直接关系的技术要求，如气密性试验的选取，以及C、D类焊缝是否作表面无损探伤，以及是否要保证容器上所有C、D类焊缝圆滑过渡。这些都是设计者设计时认真考虑的问题。
5.结论
本文就设计上的经济合理性进行了比较，但不可能包括全部，压力容器设计成本不仅取决于设计这一环节，还取决于制造、检验等环节。不能过于强调经济而忽视安全问题。实际上影响压力容器设计及制造质量的因素很多。作为设计者，在设计中一定要善于学习，灵活掌握和执行标准规范，总结经验，积极采用优化设计，具体问题具体分析。在保证安全的情况下，尽量设计出经济、合理的压力容器。
参加文献：
[1]GB150.1～150.4 《压力容器》
[2]TSG R0004《固定式压力容器安全监察规程》（第2版）
[3]HG/T20580 《钢制化工容器设计基础规定》
作者简介：
史传麒（1988-），男 ，汉族 ， 辽宁盘锦人， 中油辽河工程有限公司助理工程师， 本科学历， 现从事压力容器及非标设备设计工作
主题词： 压力容器，设计 、经济成本
1.设计参数的确定
1.1.设计压力
在GB150-及<<固容规>>中都对设计压力的取值进行了明确的规定，且给出了设计压力的最小值。设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，它的取值完全取决于容器的工作压力，因此，在确定设计压力时必须首先准确地确定容器的工作压力，然后根据《固容规》、GB150及HG/T20580标准中的规定合理确定设计压力。在设计中我们没必要把安全系数值定的过高，因为设计压力越大，容器壳体的壁厚就会相应地增加。比如有些完全可以用Q245R钢板的，有时由于设计压力取的偏高，就有可能采用Q345R或强度更高的钢板，无形中增加了容器的造价，造成不必要的浪费。
1.2.设计温度
关于设计温度在GB150中也有明确的规定，是指在正常的操作条件下，设计元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度选取的高低直接影响设备的造价，取的过高过低都不科学，如果取的过高，那么材料的许用应力值就降低，势必将容器的壁厚增加；如果取的过低，一方面材料的许用应力值过大，造成设备不安全，另一方面本属于非低温设备而有可能变为低温容器， 这样就会大大增加了制造成本。所以我们应具体情况具体分析，不能因为过于强调安全而随意增加或降低设计温度。如有的压力容器虽然工作温度低于-20℃，但根据GB150中的规定，经计算可能属于低温低应力工况，若按常规容器设计，同样可以安全使用， 这样大大减少制造难度和制造成本。
1.3.介质的特性及腐蚀裕量
搞清介质的特性也是设计中的一项重要内容。介质特性包括化学成份及腐蚀性、所处的状态、毒性程度 、易爆等物性。这些特性直接影响设计和制造的要求。简单地说：如介质中含有氯离子，就不能选用奥氏体不锈钢；如果介质的腐蚀性很强， 就应考虑选择不锈钢或不锈钢复合钢板；而对于一般的介质就可以选用碳素钢。在设计中腐蚀裕量的选取也是很重要的，它是由腐蚀速率和使用寿命决定的。
2.合理的选料
在压力容器设计中主体材料约占设备总造价的40%-60%，因此正确合理的选材对容器的设计有很大影响，选材必须考虑设备的操作压力、操作温度、介质特性、材料的焊接性能及冷热加工性能 、设备的结构及制造工艺、材料的来源及经济合理等，只有弄清了介质的特性，才能合理确定选用材料。如一般环境的就不应轻易选择不锈钢，当环境介质腐蚀性很强时，应首先考虑选用不锈钢复合钢板，而不能简单的确定全部采用不锈钢。同样能采用衬里来防腐时，则应当先考虑选用一般钢材作主材，通过衬里来达到防腐蚀目的。
其次，对要求较高的压力容器应选用性能较好的质量较高的材料，反之对于一般工况的设备，在选材上就应有所侧重，不能一概而论。另外，在材料的选择上，还应根据设备各部件的不同工作状态而选用不同的材料，如管壳式换热器，当管程的介质腐蚀特别严重，而壳程内为一般介质时，管程就应该采用耐腐蚀性较强的材料 ，而壳程就应选取一般性的材料，总之应根据具体条件选择合适的材料。
3.容器结构的合理设计
3.1.设备的整体结构
压力容器设计是否合理，直接影响压力容器的造价。整体结构的设计是与工艺条件有直接关系的，工艺条件必须准确，才能使容器的外形、结构确保合理。外形尺寸的确定，必须在满足工艺要求的前提下，尽量选择比较适宜的长径比，同时尽量选用标准系列直径及采用标准封头及法兰；还要满足容器内构件的安装、方便制造、检验和运输等要求。而对于零部件的选取，也应考虑成本核算问题，如容器法兰，当采用平焊法兰能满足设计要求时，就不应选取长颈对焊法兰，因后者要求锻制，造价太大，而因小失大。
3.2.补强接管的设计
压力容器上开孔是不可避免的， 压力容器接管与壳体连接处应力复杂，局部应力较高，焊接较困难，质量不易保证，是压力容器发生失效较多的部位，在进行补强计算时，应尽可能不采用整体增加筒体厚度补强，而采用其它更合理些的补强方法，以降低整台设备的重量和造价。如补强板结构，厚壁管结构，或整锻件补强，当然这几种方式也存在不同的造价。因此在设计中，当工况允许时应首先考虑用补强板，其次是厚壁管，再次是整锻件补强结构。
4.技术要求的经济合理性
技术要求也是对设备的设计制造水准的要求，它的严格程度也就决定着设备的制造质量和安全。设计要求高、制造质量高，设备造价也就高了，因此对技术要求中的每条都要仔细推敲，包括检测、热处理、检验、试压以及焊材选取等都是制造、检验要求中的重要内容。尤其是无损检测和热处理，如果将检测误定为100%，显然大大增加了制造费用；有些容器本身工作环境实际上可以免作焊后热处理的， 但由于工作条件参数不明确，而要求作了热处理，则可能使容器的成本增加8%-15%。
此外，还有一些与制造成本有直接关系的技术要求，如气密性试验的选取，以及C、D类焊缝是否作表面无损探伤，以及是否要保证容器上所有C、D类焊缝圆滑过渡。这些都是设计者设计时认真考虑的问题。
5.结论
本文就设计上的经济合理性进行了比较，但不可能包括全部，压力容器设计成本不仅取决于设计这一环节，还取决于制造、检验等环节。不能过于强调经济而忽视安全问题。实际上影响压力容器设计及制造质量的因素很多。作为设计者，在设计中一定要善于学习，灵活掌握和执行标准规范，总结经验，积极采用优化设计，具体问题具体分析。在保证安全的情况下，尽量设计出经济、合理的压力容器。
参加文献：
[1]GB150.1～150.4 《压力容器》
[2]TSG R0004《固定式压力容器安全监察规程》（第2版）
[3]HG/T20580 《钢制化工容器设计基础规定》
作者简介：
史传麒（1988-），男 ，汉族 ， 辽宁盘锦人， 中油辽河工程有限公司助理工程师， 本科学历， 现从事压力容器及非标设备设计工作