摘要：压力容器的安全质量，与社会稳定和人民财产及生命安全有着密不可分的联系，因此，压力容器在出厂时的质量和是否存在“先天性”安全隐患是确保使用环节的一个先决条件。本文对压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施进行分析，以供参考。
关键词：压力容器；设计制造；应力集中
引言
随着新技术的发展和应用，我国现有的压力容器设计制造体系逐渐暴露出自身的问题和不足。在压力容器制造的过程中，应力集中问题一直是限制其进一步发展应用的重要因素。为了推动压力容器的未来发展，在现有技术的基础上，推动应力集中解决方法的应用越来越受到人们的关注。
1压力容器的应用特点
首先，压力容器有极高的安全性需求。在实际应用压力容器的过程中，需要压力容器储藏大量的高度危害性物质，例如易燃易爆气体等。如果压力容器的安全性不足，很容易导致安全事故的发展，进而影响到压力容器的广泛应用。其次，压力容器对专业性的要求很高。压力容器一般被用于存储特殊物质，其中大量的物质具有腐蚀性等特点。不同的储存物质对压力容器的性能特点要求各不相同。因此，压力容器的专业性要求很高。此外，压力容器需要多种不同的结构。为了充分满足不同物质的存储需求，压力容器需要设计出多种不同的结构，以实现在不同环境下对不同物质的良好存储，因此提高了压力容器的设计难度。
2压力容器制造企业设计保证能力要求
2.1设计业绩要求
设计业绩是申请含有设计资质的制造企业执行法规标准保证产品安全性能的设计保证能力和设计质量保证体系运行实施情况的具体体现。首次申请企业因无以往的设计业绩，故应进行试设计。试设计文件的设计业绩要覆盖许可规则要求的四类产品（热交换器、塔式容器、储存容器（或分离容器）和反应容器）和相应申请制造许可的类别，对于包含有特殊结构要求的还要包括相应的试设计作品。试设计要求的四类产品不同于固容规按用途划分的四类产品，增加了塔式容器的设计要求。换证单位的设计换证业绩应能够覆盖其换证周期内制造产品的范围并具有代表性，比如D级资质应有三类中低压设计作品，A2级资质应有三类高压设计作品。当设计业绩不能覆盖制造许可范围的，则要限制设计许可的范围，比如D级没有三类设计业绩，设计范围就要限制为Ⅰ、Ⅱ类设计，当然企业也可以提供试设计文件来确保设计资质不被限制。有些企业为了保证设计人员数量把在其他岗位不从事专职设计的人员拉来凑数，在准备试设计文件时，不去认真准备试设计文件，而是投机取巧找来外单位的图纸或者网上的图纸来充数，这些应付措施都导致相关人员对设计文件不熟悉，甚至一无所知，从而不能通过设计答辩。
2.2现场理论考试和答辩
为了验证各级设计人员的理论知识水平需要进行现场理论考试，审批人员的考试应通过国家市监总局的统一考试平台进行，其他人员应通过评审机构的现场考试。考试内容包括设计相关的法规标准、理论知识、设计制造使用中常见的工艺和工程知识、具体的处理和解决设计问题能力等。这就要求设计人员对压力容器的材料性能、腐蚀性能、化工工艺、设备结构、设计计算方法和公式选用、制造加工工艺、焊接、热处理、无损检测等方面的知识熟练掌握，并能够熟练应用。从其他专业借来凑数的设计人员不可能具备这方面的能力。
3设计选材要点
3.1根据介质性质与生产工艺要求确定材料种类
压力容器在化工企业生产工艺流程中的用途十分多样，容器的结构形式和对原材料物理、力学和工艺性能的要求各不相同。所以在初步设计阶段，需要首先明确容器的运行条件，再根据其使用温度范围、介质特性与运行压力等参数，对比设计规范选择材料。
其次，需要结合原材料的采购成本、供应周期优化材料选择，在必要时选择与设计标准推荐材料性能类似的材料，并且进行必要的测试和分析，确保替代材料各项性能在压力容器的运行条件下均能达到设计要求。
3.2基于局部应力分析优化设计选材
在压力容器的接管口和预留维修孔口等部位，由于板材上的开口而破坏了构造的整体性，导致局部承载力损失和应力集中。如果在设计过程中以避免这些部位的荷载大于材料屈服极限为原则，势必导致容器主体材料厚度、壳体直径等参数偏大。不仅浪费材料，而且会导致加工和质量控制难度上升，而且带来容器质量增加，运输、吊装更为困难。所以，应运用计算机技术对压力容器的应力集中和承载力薄弱部位进行受力分析，一方面精确计算因开口造成的壳体承载力损失，设计补强技术方案；另一方面则合理选择压力容器的壁厚等参数，通过在局部使用高性能材料保障整体构造的承载力。
4压力容器焊接常见缺陷及预防机制
焊接产生裂纹在底片上典型的影像是轮廓分明的黑丝或黑线，放大观察有微小的锯齿，有分叉，粗细和黑度有变化，黑线端部尖细，端头前方有丝状阴影延伸，裂纹可能发生在焊缝和热影响区。裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，它会显著减少承载截面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中增加扩展破坏性。预防措施：使用含锰量较高的焊丝，在母材含碳量多时，要有预热之措施；焊接电流及电压需增加，焊接速度降低，母材需加热措施；第一层焊道之焊着金属须充分抵抗收缩应力；注意规定的施工方法，并予焊接操作施工指导。
5压力容器制造应力集中问题的影响因素分析
（1）压力容器的结构设计存在缺陷。压力容器在设计的过程中，需要对其封头等结构进行设计，以保证压力容器的密封性等。由于部分设计方案的不合理，采用的平盖封头等设计方案很容易出现缺口等，从而导致应力集中现象的发生。（2）压力容器的制造工艺不完善。由于特殊情况下的应用需求，部分压力容器需要制造棱角结构。此类结构如果处理不完善，很容易导致应力集中现象的发生。而目前广泛采用的工艺处理手段无法充分满足压力容器棱角的制造，也是重要的影响因素之一。
6压力容器制造降低应力集中的方法
压力容器制造工艺的改进方法，除了对压力容器的结构设计方案进行优化之外，还需要对其制造工艺进行必要的改进，以降低压力集中现象的发生。目前，焊接仍然是压力容器制造中不可或缺的一环，也是保证压力容器制造质量的重要因素。在焊接的过程中，如果不能够实现对余高等因素的控制，很容易导致压力容器的结构不合理，进而发生应力集中的现象。因此，在进行压力容器焊接的时候，需要根据现有的技术手段，严格控制余高等。在完成焊接工作后，需要根据相关规定对压力容器的焊缝等进行打磨。同时，为了保证压力容器的使用质量，应当尽可能避免采用点焊等焊接方式进行压力容器的制造。
结束语
化工压力容器对运行可靠性的要求极高，在设计选材环节，应根据用户的生产工艺要求，综合考量压力容器的使用性能、制造工艺和运维难度，运用计算机技术精确测算各项设计参数，优化容器的选材、结构和加工工艺。
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