壓力容器設(shè)計中應(yīng)注意的幾點問題

摘要：安全生產(chǎn)日益得到重視，特別是近年來一些重特大安全生產(chǎn)事故的發(fā)生頻頻為人們敲響警鐘；壓力容器作為化工生產(chǎn)中不可或缺的生產(chǎn)單元，其設(shè)計，制造及使用的安全性更應(yīng)引起行業(yè)相關(guān)人員的重視；但是在設(shè)計過程中由于強度計算軟件的普及，使得一些受壓元件的計算被忽略，導(dǎo)致在碰到特殊問題時，設(shè)計人員無從著手。本文就壓力容器設(shè)計過程中應(yīng)注意的一些問題及容易忽略的計算做了歸納，僅供相關(guān)行業(yè)人員參考。關(guān)鍵詞：壓力；容器設(shè)計；注意問題1壓力容器設(shè)計的要求（1）相關(guān)設(shè)計部門需具備比較完善的質(zhì)量保障制度，且具有較強的操作性和指導(dǎo)性，可以有效的應(yīng)用和落實到具體的設(shè)計中；（2）壓力容器的設(shè)計必須滿足工藝生產(chǎn)的要求，其參數(shù)必須符合相關(guān)標準的要求，只有滿足以上因素的產(chǎn)品，才能夠保證該產(chǎn)品在運用過程中具有一定的承壓力；（3）由于化工行業(yè)中所用到的物料具有腐蝕性及毒性，且具有可燃性，極易出現(xiàn)火災(zāi)，甚至發(fā)生爆炸；因此，壓力器在運行過程中必須安全可靠；（4）壓力器投入使用之后一定要達到使用壽命，由于化工物料具有一定的腐蝕性，嚴重情況下會腐蝕并穿透壓力容器，因此設(shè)計人員需考慮運用何種手段確保壓力容器擁有較長的使用壽命，進而在一定程度上降低成本；（5）壓力容器需具有制作方便、操作簡單、維修方便等特點；這就對設(shè)計人員提出了要求：一方面，壓力容器設(shè)計需更加的簡單、更加的容易制造、安全性更高；另一方面，壓力容器設(shè)計可以滿足特殊使用的要求，容器頂蓋可以隨意拆除，進而能夠隨時滿足各種需求，在極大程度上降低成本。2壓力容器設(shè)計常見問題2.1經(jīng)濟性設(shè)計人員在對壓力容器進行設(shè)計時，需對壓力容器安全性能進行充分考慮，在對相應(yīng)材料進行選擇是，需對設(shè)備溫度的承受力、材料之間焊接、設(shè)計壓力、每個介質(zhì)之間特性進行充分考慮，整合分析容器結(jié)構(gòu)、冷熱加工性能和經(jīng)濟性，壓力容器造價直接影響著設(shè)備材料與壓力容器的總體質(zhì)量。對于壓力容器的設(shè)計，為有效的降低成本，使經(jīng)濟合理性得以實現(xiàn)，設(shè)計人員對于壓力容器的材料選擇比較便宜，這就在極大程度上降低了壓力容器的質(zhì)量。2.2忽視壓力容器的使用壽命一般而言，任何產(chǎn)品都具有一定的使用壽命，尤其是對于類似于壓力容器的設(shè)備，要求這類設(shè)備具有較長的使用壽命，若使用壽命過短將會導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。此外，對于壓力容器的使用年限的考慮，通常預(yù)計使用年限的做法，把控好使用年限，并充分考慮壓力容器使用年限的影響因素，如：何種優(yōu)質(zhì)材料可以有效的延長壓力容器使用壽命，對比同一材質(zhì)，按照相關(guān)標準對壓力容器底部設(shè)計時是不是更加的堅固，設(shè)計方案不同在一定程度上會影響壓力容器質(zhì)量，然而，這些方面設(shè)計并沒有引起重視。2.3分汽缸與儲氣罐的設(shè)計問題設(shè)計人員在對分汽缸進行設(shè)計時，對于分汽缸出汽口到進汽口距離的設(shè)計會出現(xiàn)誤差，這就造成分汽缸無法順利工作；同時，對于儲氣罐的設(shè)計，設(shè)計人員沒有依據(jù)儲氣罐壓力要求對材料進行合理選擇，沒有合理的對其尺寸進行設(shè)計，這就導(dǎo)致儲氣罐的抗壓能力較差。2.4未嚴格遵守壓力容器設(shè)計單位質(zhì)量管理制度設(shè)計人員在對壓力容器進行設(shè)計時，沒有嚴格按照其設(shè)計單位相關(guān)管理制度執(zhí)行，且設(shè)計人員缺乏對各壓力容器設(shè)計單位的認識，對于壓力容器的加工工藝及工程實踐知識（安裝、檢修、操作維修、質(zhì)量檢測等）也十分欠缺，設(shè)計人員的設(shè)計水平過低，就會嚴重影響壓力容器的設(shè)計質(zhì)量。3攪拌設(shè)備緊固件松動的問題攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多化工生產(chǎn)都不同程度地應(yīng)用攪拌操作。對于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程，往往要采用攪拌操作才能得到更好的效果。攪拌設(shè)備在許多場合是作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。據(jù)統(tǒng)計，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的90%[1]。攪拌設(shè)備由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三部分組成，其中攪拌裝置又分為傳動裝置、攪拌軸和葉輪。攪拌軸和葉輪安裝在攪拌罐內(nèi)部，兩者均由很多零部件組裝而成，零部件的組裝離不開螺栓、螺母和墊片等緊固件。攪拌操作過程中存在著攪拌軸的晃動和葉輪的轉(zhuǎn)動，易出現(xiàn)螺母松動現(xiàn)象。螺母松動若長期未發(fā)現(xiàn)，緊固件等小型零件可能會脫離攪拌裝置落入攪拌罐底部。攪拌罐的介質(zhì)出口一般設(shè)置在底封頭上，通過泵設(shè)備抽出運至工藝管線。如果未采取措施，脫離的小型零件落入介質(zhì)出口后吸入泵內(nèi)，容易導(dǎo)致泵設(shè)備的損壞，甚至發(fā)生更嚴重的事故。筆者為此提出一種攪拌設(shè)備多孔管結(jié)構(gòu)，能夠避免上述現(xiàn)象發(fā)生。4接管標準選用的問題化工容器設(shè)計時接管的選用標準通常有GB/T8163-2008、GB/T9948-2013和GB/T6479-2013。GB/T8163-2008中的10、20鋼和Q345D鋼管應(yīng)用的化工容器設(shè)計壓力不大于4.0MPa，且介質(zhì)不得為極度或高度危害特性，10、20鋼和Q345D鋼管的使用溫度下限分別為-10℃、0℃和-20℃，且鋼管的壁厚不大于10mm。GB9948-2013標準規(guī)定外徑不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm的10和20鋼管，應(yīng)分別進行-20℃和0℃的沖擊試驗。10和20鋼管的使用溫度下限分別為-20℃和0℃。GB6479-2013標準規(guī)定外徑不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn鋼管，應(yīng)分別進行0℃和-20℃的沖擊試驗。20和16Mn鋼管的使用溫度下限分別為0℃和-20℃。舉例：某化工容器設(shè)計溫度為50℃，有一DN300的接口，需使用φ325×12mm的接管，選用接管標準時，不能選用GB/T8163（鋼管的壁厚不大于10mm）；如選用GB/T9948，需進行相應(yīng)溫度的沖擊試驗；如選用GB/T6479，可直接采用20或16Mn鋼管，因為該標準的接管供貨時已經(jīng)對外徑不小于70mm且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn鋼管進行了相應(yīng)溫度的沖擊試驗。因此設(shè)計者應(yīng)綜合考慮各方面因素，選用GB/T9948或GB/T6479。5夾套容器套管壁厚化工容器中的反應(yīng)罐結(jié)構(gòu)型式多為夾套式，利用夾套進行傳熱。內(nèi)筒的接管需穿過夾套筒體引出至工藝管線。夾套筒體上的引出管即為套管。選用套管壁厚時首先滿足S1≥0.8S2，然后進行開孔補強計算再滿足強度要求即可。舉例：某反應(yīng)器夾套筒體厚度為10mm，套管規(guī)格為DN300，套管壁厚首先滿足≥8mm。利用SW6進行開孔補強設(shè)計計算后發(fā)現(xiàn)套管（S30408，不考慮腐蝕裕量）壁厚計算厚度為11.2mm，因此該套管的規(guī)格可選用φ325×12mm。6低溫低應(yīng)力工況低溫壓力容器是石油化工中常見的設(shè)備，是指設(shè)計溫度低于-20℃的碳素鋼和低合金鋼制壓力容器（包括由于受環(huán)境溫度影響，殼體的金屬溫度低于-20℃的情況）。壓力容器設(shè)計中，設(shè)計者往往誤將溫度低于-20℃的碳素鋼和低合金鋼制壓力容器全部當作低溫容器來設(shè)計，忽略了滿足一定條件的“低溫低應(yīng)力工況”可不受低溫容器規(guī)范的相關(guān)約束，給設(shè)計、制造、檢驗和驗收帶來了一系列的問題，并增加了成本。低溫低應(yīng)力工況是指殼體或其受壓元件的設(shè)計溫度雖然低于-20℃，但設(shè)計應(yīng)力（在該條件下，容器元件實際承受的最大一次總體薄膜和彎曲應(yīng)力）小于或者等于鋼材標準常溫屈服強度的1/6，且不大于50MPa時的工況。低溫低應(yīng)力工況的容器，若其設(shè)計溫度加50℃（對于不要求焊后熱處理的容器，加40℃）后不低于-20℃，除另有規(guī)定外不必遵守關(guān)于低溫容器的規(guī)定。7結(jié)論總而言之，壓力容器對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。因此，設(shè)計人員在對壓力容器進行設(shè)計時，必須嚴格按照其設(shè)計要求及國家的相關(guān)法律法規(guī)執(zhí)行，從而確保壓力容器具有較好的安全性和可靠性，并不斷提高