石化行業(yè)設計中的壓力容器技術(shù)分析

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關鍵詞：壓力容器；設計；技術(shù)問題

從壓力容器的實際應用可以看出，可帶來較好的經(jīng)濟和社會效益，因此受到了石化領域的青睞，其應用比值在石化領域中越來越重[1]。但由于在具體應用壓力容器時，會面臨惡劣的自然環(huán)境，一旦設計過程中出現(xiàn)紕漏，可能會埋下不利隱患，從而降低其使用效率，甚至在某些情況下會形成嚴重的安全生產(chǎn)事故，因此必須重視石化領域中壓力容器的設計工作。

1壓力容器設計重要性

壓力容器的設計是一個系統(tǒng)而復雜的工程問題，若不對其進行合理而規(guī)范的設計，不僅可能會降低設備的應用效果，甚至還有可能發(fā)生嚴重的安全生產(chǎn)事故。因此，壓力容器的設計有非常重要的意義：其一，在提升該設備穩(wěn)定性的同時，提升其性能的輸出，讓其擁有更佳的使用壽命；其二，依據(jù)該設備的應用對象進行設計，在拓展該設備應用范圍的同時，讓其保持性能先進性；其三，可保障壓力容器設備輸出數(shù)據(jù)的準確性，進而提升該設備的質(zhì)量輸出。

2壓力容器設計過程中的技術(shù)問題

2.1設計方式選擇

目前壓力容器有兩個設計方向，即分析設計方向和常規(guī)設計方向。對于前者而言，其在進行壓力容器設計時，主要依據(jù)三準則、一原理的方式，明確如何設計其中相關元件尺寸的方式，即原則：偏勞失效、彈塑性失效及塑形失效；原理：最大剪應力。在國內(nèi)該設計主要標準為《鋼制壓力容器-分析設計準則》（JB4732），國外該設計主要標準為《壓力容器構(gòu)造-另一標準》（JISB8250，日本）、《非接觸火焰壓力容器》（PrEN13445-3，歐盟）等[2]；對于后者而言，其在理論上將第一強度理論作為出發(fā)點，遵循彈性失效準則，參考最大主應力在殼體的應用情況，且以明確其在材料使用范圍的方式，明確如何設計其中相關元件尺寸。在國內(nèi)該設計模式主要標準為《壓力容器》（GB150），國外該設計模式主要標準為《壓力容器構(gòu)造》（JISB8243，日本）、《壓力容器》（ASMEⅧ-1，美國）等。

2.2壓力容器設計各類問題

2.2.1開孔補強由于某些因素的影響，在設計和制造壓力容器時，會對其進行開孔處理。而由于開孔會破壞壓力容器的整體性，進而會削弱構(gòu)成材料的強度，同時還會形成局部峰值應力、彎曲應力及薄膜應力[3]，這些應力會集中在開孔區(qū)域，影響設備的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2.2焊接設計在整個壓力容器工藝流程中，由于焊接質(zhì)量會影響該設備最終的質(zhì)量輸出，因此是一個非常重要的設計因素。在設計焊接流程時需要注意以下問題：其一，焊接過程可能會形成的缺陷，如夾渣、氣孔及裂紋等[4]；其二，要保障截面在焊接過程中擁有均勻的受力，降低集中應力的形成；其三，要控制焊接過程不穩(wěn)定因素，如急速冷卻、迅速升溫及局部加熱融化等，以降低焊接變形或剩余應力的產(chǎn)生。

2.2.3腐蝕設計目前，金屬材料是構(gòu)成壓力容器的主材。成型的壓力容器會受到外界各類因素的影響，發(fā)生化學反應，進而促使材料變質(zhì)或損壞等，即容器腐蝕。從腐蝕的效果可以看出，其主要包含以下幾類：即電化學腐蝕、應力腐蝕、化學和物理性質(zhì)腐蝕等。而造成這些因素的原因主要是，溶液酸堿度、流速、壓力及溫度等。

3壓力容器設計過程中問題的優(yōu)化方式

3.1設計方式選擇的應對措施

對比分析設計和常規(guī)設計模式可以看出，對于前者而言，其在確定相關參數(shù)時，一般利用數(shù)值計算的方式，將第三或第四理論作為依據(jù)來進行計算[5]。相較常規(guī)設計，此類設計方式可降低兩到三成的材料成本，降低運輸及制造等方面的成本輸出。然而，對比常規(guī)設計各類要求，此類設計擁有更高的標準，如選擇材料、檢驗等；對于后者而言，其同分析設計相較，整個過程易執(zhí)行，且簡單不復雜，屬于傳統(tǒng)保守層次。由于常規(guī)設計的參數(shù)依據(jù)源自最大應力，因此設計人員在進行設計的過程中，可以不考慮其中產(chǎn)生的峰值應力、邊緣應力、局部應力及熱應力等。當然這也使得此類設計方式擁有較高的安全性，但從其經(jīng)濟性可以看出，其耗費的成本較高。由此，相關人員在進行壓力容器設計時，除了要充分考慮實際生產(chǎn)需要，了解其實際使用環(huán)境和成本支出，還應充分參考相關規(guī)范標準，科學合理的進行選擇，以在提升壓力容器質(zhì)量的同時，降低其成本損耗。

3.2開孔補強問題的應對措施

從開孔補強的緣由可以看出，其主要有三個方面的因素：其一，在對壓力容器進行開孔后，會破壞薄膜的均有應力，進而形成集中的分散應力；其二，接管開孔邊緣時，其接口處會形成不穩(wěn)定應力；其三，由于不規(guī)則的接管連接，而導致截面形成集中的應力。由此，在設計壓力容器時，要注意各個連接和開孔環(huán)節(jié)。首先，要對其進行合理分析，以計算最佳的應對方式，目前通常用分析法和等面積原理來應對這一難點和重點。前者主要是深入分析殼體屬性，找準其極限，得出的數(shù)據(jù)較為科學和合理，當然此方式會受到其中開孔尺寸的影響，具有一定的局限性；對于后者而言，其在計算模型上依據(jù)壓力容器受拉伸開孔情況，在補強原則上以總體平均應力施加為基礎，計算補強殼體相關數(shù)據(jù)。究其原因：因為開孔在殼體截面，因此需將補強的材料施加于開孔被削弱部分，以補償其削弱情況。同時需注意：此類補償計算方式，屬于靜力平衡模式，所以無法計算開孔疲勞強度；其次，在應對措施的選擇上，擁有的方式有：可對筒體的厚度進行適量增加；可對接管厚度或補強圈厚度進行適量增大；可增加補強圈的整體寬度或?qū)﹂_孔周圍筒體厚度進行增大。

3.3焊接設計問題的應對措施

若在設計過程中，焊接處存在一定問題，那么其具體應用過程中，可能會出現(xiàn)泄露事故，除了會降低保護介質(zhì)的效果，還會嚴重威脅到相關人員的人身安全。所以需對其進行合理的控制。首先，焊接裂紋的應對措施為：①焊條應選用低氫型材質(zhì)；②需將淬火處理施加于焊接后的部位；③依據(jù)材料特性及使用需求，選擇符合條件的焊接方式。其次，焊接咬邊是指在焊接的時候焊接的位置發(fā)生凹槽。防止焊接咬邊的方法主要有：①選擇與焊接材料相適應的焊接方法，合理調(diào)整焊接的電流大小和角度；②工人在進行焊接時，需要隨時觀察焊接處的各種變化，確?？梢约皶r察覺焊接咬邊并及時的給予有效的處理。最后，焊接氣孔是指焊接的時候熔池當中的氣體不能得到有效的析出。解決焊接氣孔的途徑有：①確保對接口、坡口周邊的清潔。②管控溶渣本身的濃度。③隨時更換焊條。

3.4腐蝕設計問題的應對措施

為使壓力容器的使用期限延長，一般所采取的解決措施有：①選用合適的材料；②應用延緩腐蝕的制劑；③提升壓力容器的焊接質(zhì)量；④應用防腐蝕的涂料；⑤襯里形式的防護；⑥在容器壁表面噴丸強化；⑦加強管理和維護。

4結(jié)語

綜上所述，石化行業(yè)屬于高風險行業(yè)，壓力容器作為行業(yè)中關鍵的設備，其科學合理的設計，能保障設備持續(xù)穩(wěn)定運行，進而帶來預期的經(jīng)濟和社會效果。因此，相關設計人員需對其予以高度重視，要結(jié)合每項設備具體應用環(huán)境和工藝條件，選擇合理的設計技術(shù)方法。本文就設計壓力容器過程中的若干技術(shù)問題及其相關技術(shù)展開分析，期望可以給相關設計人員提供參考。

參考文獻：

[1]李小芳，沈波，朱凱.中、美、歐盟、海關聯(lián)盟四大國對壓力容器認證要求的對比分析[J].化學工程與裝備，2020(09):206-207+214.

[2]羅麗勤，陳鵬.壓力管道及壓力容器中無損檢測技術(shù)的應用探討[J].消防界(電子版)，2020,6(06):63-64.

[3]孫恒濱.面向壓力容器焊接自動化技術(shù)的應用現(xiàn)狀與展望[J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2019,1(14):83-84.

[4]朱成.鍋爐壓力容器焊接自動化技術(shù)的相關研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2018,38(12):171-172.

[5]趙博，李健.關于壓力容器設計制造安裝常見的問題及解決方法[J].化工管理，2020(29):170-171.

作者：李良 單位：海洋石油工程股份有限公司