论文部分内容阅读
摘要：现如今，随着时代的进步，压力储存设备的使用范围很广，拥有可以产生物理、化学反应，可以导热，可以开展离析以及储存并且拥有耐压机能等用途，在能源工业、军队项目、科研事业、石油化工项目等很多行业也拥有着关键的位置。本文就如何做好压力容器设计做出简要探析。
关键词：压力容器；设计；问题；对策
前言：随着社会的进步，经济的发展，压力储存设备在人类工业制造中拥有着十分多的作用，重点在盛放液体、气体，同时能够负荷一定的压力，普遍在能源业、科研事业、军队项目、石油化工等很多行业中使用，是安全以及符合标准制造时的关键设施。
目前，压力容器在工业生产中占据重要地位，它广泛应用与石油化工、能源、军工等领域，主要用于盛装有毒气体或腐蚀性液体，承受较大的压力，因此危险性较强，是工业生产中比较常用的特种设备。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。
一、压力容器设计中常见的问题
1.压力容器的设计使用寿命问题
新版TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中明确提出：为避免压力容器超期服役导致产生安全问题，设计制造单位应当在原设计图样中明确压力容器的设计使用寿命。在旧版的《压力容器安全技术监察规程》中，关于压力容器的设计使用寿命问题并非强制性要求的，而是建议“一般应在设计图样上注明压力容器的设计使用寿命”。关于压力容器的设计使用寿命问题，设计者通常重视程度不够、考虑不周全，因此即使注明设计使用寿命通常凭经验估计或按照惯例标志，而忽略了对压力容器使用寿命影响较大的一些因素，如压力容器的选材对压力容器的使用寿命的影响，违规操作或非法操作对压力容器使用寿命的影响，材料的力学性能在高温高压情况下的时间变换曲线的影响等等。
2.压力容器材料代用后的设计更改问题
压力容器的材料在设计中经常会因用户的要求或压力容器的使用工况、使用条件等改变而改变，对于设计者来说，压力容器的材料变化是牵一发而动全身。压力容器材料的变化意味着压力容器的受力情况、耐腐蚀情况、容器的内应力等等都发生了改变。通常材料发生改变后，设计者都会重新进行受力分析计算，但现实情况中存在的问题是许多设计者当材料由厚变薄时会很仔细地计算新材料是否满足压力条件，分析能否承受相应的压力，安全系数是否足够。而当材料由薄變厚时，许多设计者认为材料的强度增加了，无须重新计算受力。其实当压力容器的材料由薄变厚时，压力容器的壳体的受力状况发生了改变，容器壁产生多向拉应力使平面应变成为脆性断裂，这种特性尤其需要压力容器的设计者们注意和重视。另外，材料在用锻件法兰代用的时候也要注意，例如GB法兰，如果设计压力是1.6MPa，设计压力100℃的时候，20Ⅱ的压力温度额定值就比强度好的16MnⅡ的压力温度额定值高。设计者不能想当然的认为材料的强度增加了，就一定可以代用。在制造换热器过程中，16Mn锻件代用Q345R板材管板时，一定要核算管板强度，锻件比板材强度低等等。
3.压力容器设计过程中的热处理问题
GB150.4-2011第8章热处理中规定：钢板冷成形受压元件，当符合：（1）盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；（2）图样注明有应力腐蚀的容器；（3）对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16mm者；（4）对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%者；（5）对碳钢、低合金钢，材料要求做冲击试验者中任意条件之一，且变形率碳钢、低合金钢及其他材料超过5%，奥氏体型不锈钢超过15%，应于成形后进行相应热处理恢复材料的性能。多数压力容器的设计单位都注意到压力容器壳体设计过程中满足此设计要求，但在接管设计中，设计者通常忽视了这一点。
二、压力容器设计过程中的常见问题及对策
1.压力容器的设计使用寿命问题及对策
针对压力容器设计使用寿命问题，设计者在设计过程中应当充分考虑新版TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，重视设计使用寿命的计算与衡量。因此，设计者应当充分考虑影响压力容器设计使用寿命的因素，并依此科学地提出压力容器的设计使用寿命，保证用户使用压力容器的安全。首先针对压力容器的腐蚀问题，设计者应当用最大腐蚀速度作为计算依据，同时通过受力分析与计算，确定压力容器的最大腐蚀裕量，确定了腐蚀裕量和腐蚀速率这两个参数后，就能计算出压力容器的设计使用寿命。其次，设计者应当综合考虑压力容器的使用环境对压力容器的影响，尽可能模拟最恶劣的使用环境，并以此为依据判定压力容器的使用寿命。在设计图纸时，设计者为了规避风险，同时提醒用户正确使用和操作压力容器，应当在设计使用寿命标注的同时注明应当按照规程操作和使用压力容器。同时针对超过设计使用寿命的压力容器，设计者应当在设计图纸上注明使用条件，并经常测量容器承力部件的状况、容器壁厚等参数，并定期年检，以保证压力容器的安全性和可靠性。
2.压力容器材料代用后的设计更改问题的对策
压力容器设计过程中，出现材料代用的情况时，设计者对于厚板代替薄板的情况要高度重视。尤其要重视连接结构的变化，对加厚的封头和主体的连接，应当对封头进行削边处理。对于筒体和管板的连接结构也应当注意，当厚度增加时，要注意焊接部件的应力变化。当出现锻件代用的时候，要严格按照标准和规范的要求和数据进行验证，看看是否满足容器的使用要求和强度要求。
3.压力容器设计过程中的热处理问题
压力容器设计单位在设计容器的接管时，例如对于直径φ377mm×20mm的碳钢或低合金钢接管采用无缝管或采用碳钢或低合金钢卷制，虽然都可以满足设计要求，但用碳钢或低合金钢板卷制接管时却忽视了设计规范中要求的成型后的热处理要求，因此导致接管设计不符合要求，存在安全隐患。钢板冷卷后，晶粒发生破碎、歪扭，由于冷作硬化，钢材的强度和硬度上升，而塑性下降，钢板越厚，直径越小的筒体冷卷后变形率越大，冷作硬化程度越大，钢板的内应力也越大，塑性大幅度下降，甚至有产生裂纹的可能，这将严重威胁到设备的安全运行。同时对于超厚的钢板冷加工后应当增加再结晶退火工艺，以增加钢板的强度、硬度和塑性。
三、结语
总而言之，压力容器的设计作为一项专业性十分强的设计工作，需要设计者对压力容器的材料选择到结构设计、受力分析、强化措施、制造安装的操作方便以及检验、使用、维护等等都要全盘考虑，综合设计。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。
关键词：压力容器；设计；问题；对策
前言：随着社会的进步，经济的发展，压力储存设备在人类工业制造中拥有着十分多的作用，重点在盛放液体、气体，同时能够负荷一定的压力，普遍在能源业、科研事业、军队项目、石油化工等很多行业中使用，是安全以及符合标准制造时的关键设施。
目前，压力容器在工业生产中占据重要地位，它广泛应用与石油化工、能源、军工等领域，主要用于盛装有毒气体或腐蚀性液体，承受较大的压力，因此危险性较强，是工业生产中比较常用的特种设备。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。
一、压力容器设计中常见的问题
1.压力容器的设计使用寿命问题
新版TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中明确提出：为避免压力容器超期服役导致产生安全问题，设计制造单位应当在原设计图样中明确压力容器的设计使用寿命。在旧版的《压力容器安全技术监察规程》中，关于压力容器的设计使用寿命问题并非强制性要求的，而是建议“一般应在设计图样上注明压力容器的设计使用寿命”。关于压力容器的设计使用寿命问题，设计者通常重视程度不够、考虑不周全，因此即使注明设计使用寿命通常凭经验估计或按照惯例标志，而忽略了对压力容器使用寿命影响较大的一些因素，如压力容器的选材对压力容器的使用寿命的影响，违规操作或非法操作对压力容器使用寿命的影响，材料的力学性能在高温高压情况下的时间变换曲线的影响等等。
2.压力容器材料代用后的设计更改问题
压力容器的材料在设计中经常会因用户的要求或压力容器的使用工况、使用条件等改变而改变，对于设计者来说，压力容器的材料变化是牵一发而动全身。压力容器材料的变化意味着压力容器的受力情况、耐腐蚀情况、容器的内应力等等都发生了改变。通常材料发生改变后，设计者都会重新进行受力分析计算，但现实情况中存在的问题是许多设计者当材料由厚变薄时会很仔细地计算新材料是否满足压力条件，分析能否承受相应的压力，安全系数是否足够。而当材料由薄變厚时，许多设计者认为材料的强度增加了，无须重新计算受力。其实当压力容器的材料由薄变厚时，压力容器的壳体的受力状况发生了改变，容器壁产生多向拉应力使平面应变成为脆性断裂，这种特性尤其需要压力容器的设计者们注意和重视。另外，材料在用锻件法兰代用的时候也要注意，例如GB法兰，如果设计压力是1.6MPa，设计压力100℃的时候，20Ⅱ的压力温度额定值就比强度好的16MnⅡ的压力温度额定值高。设计者不能想当然的认为材料的强度增加了，就一定可以代用。在制造换热器过程中，16Mn锻件代用Q345R板材管板时，一定要核算管板强度，锻件比板材强度低等等。
3.压力容器设计过程中的热处理问题
GB150.4-2011第8章热处理中规定：钢板冷成形受压元件，当符合：（1）盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；（2）图样注明有应力腐蚀的容器；（3）对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16mm者；（4）对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%者；（5）对碳钢、低合金钢，材料要求做冲击试验者中任意条件之一，且变形率碳钢、低合金钢及其他材料超过5%，奥氏体型不锈钢超过15%，应于成形后进行相应热处理恢复材料的性能。多数压力容器的设计单位都注意到压力容器壳体设计过程中满足此设计要求，但在接管设计中，设计者通常忽视了这一点。
二、压力容器设计过程中的常见问题及对策
1.压力容器的设计使用寿命问题及对策
针对压力容器设计使用寿命问题，设计者在设计过程中应当充分考虑新版TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，重视设计使用寿命的计算与衡量。因此，设计者应当充分考虑影响压力容器设计使用寿命的因素，并依此科学地提出压力容器的设计使用寿命，保证用户使用压力容器的安全。首先针对压力容器的腐蚀问题，设计者应当用最大腐蚀速度作为计算依据，同时通过受力分析与计算，确定压力容器的最大腐蚀裕量，确定了腐蚀裕量和腐蚀速率这两个参数后，就能计算出压力容器的设计使用寿命。其次，设计者应当综合考虑压力容器的使用环境对压力容器的影响，尽可能模拟最恶劣的使用环境，并以此为依据判定压力容器的使用寿命。在设计图纸时，设计者为了规避风险，同时提醒用户正确使用和操作压力容器，应当在设计使用寿命标注的同时注明应当按照规程操作和使用压力容器。同时针对超过设计使用寿命的压力容器，设计者应当在设计图纸上注明使用条件，并经常测量容器承力部件的状况、容器壁厚等参数，并定期年检，以保证压力容器的安全性和可靠性。
2.压力容器材料代用后的设计更改问题的对策
压力容器设计过程中，出现材料代用的情况时，设计者对于厚板代替薄板的情况要高度重视。尤其要重视连接结构的变化，对加厚的封头和主体的连接，应当对封头进行削边处理。对于筒体和管板的连接结构也应当注意，当厚度增加时，要注意焊接部件的应力变化。当出现锻件代用的时候，要严格按照标准和规范的要求和数据进行验证，看看是否满足容器的使用要求和强度要求。
3.压力容器设计过程中的热处理问题
压力容器设计单位在设计容器的接管时，例如对于直径φ377mm×20mm的碳钢或低合金钢接管采用无缝管或采用碳钢或低合金钢卷制，虽然都可以满足设计要求，但用碳钢或低合金钢板卷制接管时却忽视了设计规范中要求的成型后的热处理要求，因此导致接管设计不符合要求，存在安全隐患。钢板冷卷后，晶粒发生破碎、歪扭，由于冷作硬化，钢材的强度和硬度上升，而塑性下降，钢板越厚，直径越小的筒体冷卷后变形率越大，冷作硬化程度越大，钢板的内应力也越大，塑性大幅度下降，甚至有产生裂纹的可能，这将严重威胁到设备的安全运行。同时对于超厚的钢板冷加工后应当增加再结晶退火工艺，以增加钢板的强度、硬度和塑性。
三、结语
总而言之，压力容器的设计作为一项专业性十分强的设计工作，需要设计者对压力容器的材料选择到结构设计、受力分析、强化措施、制造安装的操作方便以及检验、使用、维护等等都要全盘考虑，综合设计。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。