压力容器设计存在问题及优化建议

李雪翠 孙向元 张世超

摘要：压力容器作为一种承压设备，在生产过程中发挥着重要作用，它的能否安全运行不仅关系着工业生产的经济效益，更关系着人民的生命财产安全，所以压力容器的设计有着极高的要求。目前，在压力容器设计中存在诸多问题，导致企业在应用过程中存在安全生产隐患，基于此本文从分析压力容器设计出发，提出有效措施。

关键词：压力容器;设计;措施

本文针对以上叙述的当前压力容器设计方法中存在的问题，立足于理论分析，针对性提出压力容器设计方法中难点、疑点的解决方案并建立改进型或新的理论方法，并应用相关方法应用到压力容器设计当中，进而确保压力容器安全可靠运行。

一、压力容器的设计概述

压力容器的分析设计方法主要包括应力分类法和直接法。直接法采用极限分析、塑性分析和安定性分析的方法直接对载荷加以限制。尽管分析设计直接法在压力容器设计领域得到了广泛地关注和应用，但基于弹性力学的应力分类法仍然是当今压力容器分析设计的主流方法，工程设计人员也非常熟悉弹性应力分析方法。目前在工程上真正应用直接法进行设计的实例很少，由于基础数据的缺乏和对新的设计方法没有研究清楚，设计人员仍然偏向使用应力分类法进行设计。

应力分类法仍存在具有广泛争议的问题，比如如何从有限元计算所得总应力场中提取各类应力尤其是一次弯曲应力;应力线性化处理在三维复杂结构中的适用性;分析设计的实施要求较为苛刻，分类线的选取、建模细节的要求，分类线的布置位置和分解出的应力的分类等都具有一定的不确定性，这种不确定性反应在设计结果上，会存在设计结果偏不安全的情况。因此，本研究文针对应力分类法存在的问题进行改进。

二、压力容器设计问题分析

2.1材料问题

在设计人员对应力跳挡要求较高的容器进行设计过程中，因为该种类型的设备往往有着较厚的封头，从本质上来讲，封头的形成存在减薄量。与此同时，在后期生产过程中，对压力容器进行一定的加热操作，也会有相对的减薄量出现。而身为压力容器的设计人员，因为忽视了封头以及筒体减薄量工作的重要性，基于制造视角下并没有较多的减薄量形成，进而导致材料的厚度明显增加的基础上，也对材料的应力情况造成了严重的影响，最终导致所设计出来的压力容器并不能满足企业实际的生产需求。

2.2经济性问题

为保证企业在使用压力容器过程中具备较高的安全性，设计人员所选择的材料，就必须综合设备承受温度、压力等的能力以及材料焊接等环节，同时，在调整压力容器冷热加工性能时，更应该秉持经济性的原则进行设计。从某种程度上来说，只有选择高质量的材料，才能够提高压力容器整体性能的同时，管控好压力容器的造价。容器壳体方面的质量作为设备总质量中占据较大的比重，尤其是一些大型的压力容器，保证壳体的质量才是设备整体质量有所保证的关键。

2.3设备寿命问题

在企业生产当中所应用的很多设备，自身往往都有着一定的使用周期，尤其是像压力容器这种重要的设备，一旦投入到实际生产环节，如果使用寿命明显缩短，那么不仅影响了企业的正常生产工作，也是企业经济效益持续下降的根源。在开始设计之初，设计人员通常忽视了压力容器使用寿命标记工作，同时针对已经投入应用的压力容器，更是没有做好使用年限的标记。基于该种现状下，因为未能充分考虑到压力容器的使用年限，在后期设计过程中，一旦压力容器的寿命提前缩减，那么一定会影响到接下来人员选择材料替换等设计工作。

三、压力容器设计优化建议

3.1注重材料选用

材料是压力容器的根本，所以在设计的过程中，一定要重视压力容器的材料问题。压力容器设计材料除了各种元素的含量必须要符合要求以外，也必须要符合国家相关部门提出的使用要求，根据国家的对压力容器的质量规定，在制作好的压力容器上印制相关的标志;在压力容器的材料选用上，材料的供应商必须要向压力容器的制造企业提供材料的合格证书，在合格证书中要注明材料的规格和其中添加的各种物质证书中还要有专门的钢印，这样才能保证压力容器制造材料的合格程度;压力容器设计材料还需要符合相应的力学性能要求，因为压力容器在使用的过程中，会受到巨大的压力，如果材料的力学性能不能达到要求，就可能发生吧爆炸的危险。

3.2重视使用寿命

要想保证压力容器使用寿命设计的合理性， 设计人员必须 加强对其实际运用环境的考虑，增强其可靠性。同时，还应该在 充分研究使用材料的基础上， 对压力容器内/外部的压力差与耐 腐蚀性能力等进行测算，获得其腐蚀性承受程度，从而科学、合 理测算压力容器的使用寿命。为提高使用寿命测算结果可靠性，相关工作人员应该对最恶劣的使用环境进行模拟。另外，设计人员还需要考虑使用者在实际运用过程中可能出现的不当操 作，以显著方式标注在设计图纸中，并对压力容器使用条件进行改善，做好其承受力部件与壁厚参数等的测量工作，保证使用寿命制定的科学性、合理性。

结论

在压力容器设计工作当中，必须结合实际情况，通过合理选择材料，加强对使用寿命重视以及规范热处理等措施，有效解决材料、寿命等问题，提高压力容器设计质量与水平，提高压力容器的安全性与可靠性。

参考文献

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（山东海洋环保设备有限公司）