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摘 要:压力容器具有介质危害性的特点,这就要求要对其严格进行设计,特别是压力容器的相关零件,必须要求其按规范化和标准化要求进行设计,这样对设计人员的专业知识提出了更高的要求。本文在对压力容器设计分析的基础上,对压力容器设计中的开孔补强、管壳程压力;换热器的结构以及接头焊接等问题进行了分析。
关键词:压力容器 管壳程压力 换热器 接头焊接
我国工业化建设不断发展,在石油化工、军工、新型能源等化工领域中,压力容器得到了广泛地运用。压力容器是一种承压设备,其往往在高温、高压、低温、真空、强腐蚀等苛刻条件下工作,是一种具有潜在危险的特种设备。广泛应用于石油、新型能源、轻工、化肥、化工、冶金等领域。因此,在设计压力容器时,要严格把关,否则可能会由于设备的质量问题而导致安全事故的发生,从而影响人们生命财产安全以及生产的正常运作。
一、压力容器设计概述
在设计上,对于压力容器的材料、壁厚和直径等都要认真分析和计算,这些必须依赖于设计压力、温度和介质特性。因此,在设计过程中,参数的合理性,计算的准确性至关重要,设计流程要严格对待,必须具备标准化和精准化两个特质。为了保障容器的质量,在设计时要认真有效的分析设计参数。在此基础上,才能了解其设计标准,以防出现问题,比如:参数设计不达标等问题。压力容器的受力结构非常重要,这是工作中安全运行的基础。对于容器壁的设计,也不能忽略口径和支座,好的设计应该具备罐体均匀和受力良好的特点。
二、压力容器设计容易忽视的问题
在压力容器的设计、制造过程中,通常都会以标准和规范作为依据对其的设计、制造进行约束。但在实际设计、制造过程中,往往会忽略标准规范中一些说明而导致错误的发生,对于标准件的选用,没有充分考虑到设计条件对标准件的修正,而直接选用,从而直接降低和影响压力设备的使用性能与安全可靠性。下面对压力容器设计中几个容易忽视的问题进行分析:
1.储气罐的设计问题
对于储气罐的设计,对其罐体的材质有着很高的要求,要选择合理的钢材来满足其抗压的需求。切忌过于追求压力容器的抗压能力,而忽视了材质的选择。在储气罐设计的过程中,要充分考虑储气罐罐体长度和直径之间的关系,尽量把两者之间的比值控制在设计的要求范围之内,不能过于的追求罐体的直径。同时,在设计的过程中需要合理考虑罐体的实际使用性能。
2.开孔补强的设计问题
2.1利用补强圈进行补强。补强圈的内外径比例要随着容器的开孔直径的变化而变化,以满足在压力较大时,相同厚度的圆筒补强圈与相同面积下的补强方法不匹配的要求,伴随着由小变大的开孔直径,补强圈的内外径比例也会由小变大。当开孔直径比较大时,容器壳体补强范围不会变化,但是补强圈减小了外径,此时圆筒所承受的内压厚度在计算厚度中的比例较大,补强的可用面积则极小,不能达到补强同等面积的要求,这时应适当加大补强圈的厚度促使补强金属尽量接近开孔位置。
2.2换热器管箱设计的补强。换热器管箱的开孔离不开开孔补强,并且要对其进行计算,设计补强圈,是为了弥补管箱长度与补强范围不匹配的缺陷,这也体现了工艺的局限性。因此,即便设计了补强圈,但是其效果不能达到要求,假如没有根据比例画图,就非常容易忽视这个问题。
3.管壳程压力问题
在设计管壳程压力时,必须是正压,试验壳程压力与管程试压的压力不相等,前者低于后者,因此在设计时,可以利用前者推动后者,以提升后者的数值。使用该方法后,大多工作人员了解后者压力提升后,在水压状况下,要对圆筒的周向应力进行测试。但是不重视其他受压元件的结构和强度。
3.1管法兰具有的压力等级。在提升了试验壳程水压的压力后,不能采用正常的情况操作,因此,也不能选择壳程管法兰相应的等级压力,这给正常运转带来威胁。因此,相关规定表示,试验水压的压力要比规定温度情况下无工作冲击压力小,并且小1.5倍。
3.2管板具有的强度。为了确保安全,在试验壳程压力与试验管程压力相等时,要对管板进行校核。校核过程中,将设计管程压力作为壳程的压力,并且设计管程压力数值为零,在没有温差的状况下,模型的计算可以根据不带法兰的固定管板进行。
4.接头焊接的设计问题
圆筒经线的半径曲率与球形封头及圆筒连接的环向接头位置有关,其如果变化,那么设计结构也会产生相应的问题。根据规定,这一规定依据焊接接头GB150分类方式,分为A类接头和B类接头,这两者的区别在于前者承受力为纵向,后者的承受力为轴向,一般在圆筒中,前者是后者的2倍。针对球形封头与圆筒连接的环向接头,可以使用削薄方法缩短半球球壳,削薄封头球形在几何图形上的简体部分,也可以使用堆焊的方法将封头球形的局部厚度增加。削边筒体端部方法的优点是受力好,缺点是是制造材料的成本增加,因为其无折边曲度的深度大,因此要权衡其利弊。
5.分气缸的设计问题
在对设备分气缸进行设计时,分气缸的出气口与进气口之间的有效距离是比较容易被忽视的。因此,在设备分气缸的设计过程中,需要根据具体的工艺参数,对出气口与进气口间的有效距離进行确定。同时,合理控制好环焊缝与分气缸开口间的距离也是非常重要的,应尽量避免在焊缝处进行开孔,并且还得确保两者之间要有一定的距离,从而降低局部应力的影响,确保分气缸的正常运作。在对分气缸的支架进行铺设时,支架的位置需要根据设计的实际需求合理的设置,不能随意确定,尽量加强支架的稳定性。
6.气密性试验的设计问题
带有安全阀、爆破片安全装置的压力容器,当盛装的介质特性要求或不允许有泄漏时,要求在水压试验后做气密性试验,且试验时应当将安全附件装配齐全。新容规释义里面提到,为了避免安全附件的开启难以完成试验,超压泄放装置的动作压力应采用比设计压力更高的压力,但不得超过最高允许工作压力。这里注意了,设计人员不要按照最高允许工作压力作为计算压力进行强度计算,这样做可能造成材料的浪费,有时候可能板厚就刚好需要上升一个层次。本来常规设计就较分析设计不能有效利用材料,再这样一来,就更加浪费,而实际运行设备时并不会达到这样的一个压力,仅仅是为了气密性试验的需要。设计人员只需在SW6计算里输入最高允许工作压力进行校核(耐压试验应力校核)即可。
三、结束语
压力容器的设计必须充分考虑压力容器使用过程中的安全性、抗腐蚀性、耐高低温以及疲劳作业等因素,因此对于其的设计,必须做到科学合理。本文的主要目的是强调在对容器压力的设计过程中,相关人员比较不重视的问题,以增强其的设计安全性。设计人员应该重视在设计过程中容易忽视的问题,减少由于技术问题而产生安全事故的发生,确保生产正常运作,避免不必要的经济损失。参考文献[1] 邸广民,吴冬果.浅谈压力容器设计中容易忽视的问题[J].科技情报开发与经济,2010,10:222-224.[2] 束怡.压力容器设计中容易忽视的问题研究[J].中国高新技术企业,2012,07:30-31.[3] 黄毅斌,王飞,屈英琳.压力容器设计过程中易忽视的问题探析[J].中国石油和化工,2012,09:41-43.[4] 孟雅薇,葛志强.关于低温压力容器设计的若干问题的分析[J].科技创新与应用,2012,32:114.