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压力容器设计常见问题与应对措施

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：唐琳

[导读] 摘要：压力容器是涉及人民生命和财产安全的特种设备。

        广西建工集团第一安装有限公司
        摘要：压力容器是涉及人民生命和财产安全的特种设备。设计是压力容器质量和安全的重要环节之一，一旦出现问题，势必会影响设备的质量，为安全埋下隐患。然而，在实际设计过程中，设计人员往往不能完全兼顾考虑，导致设计的压力容器在制造加工过程中总是出现各种各样的问题。本文主要针对压力容器设计的常见问题与应对措施进行简要分析，并提出合理化建议。
        关键词：压力容器设计；常见问题；应对措施
        引言
        1压力容器特点
        压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。压力容器的用途极为广泛，它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。了解压力容器的结构特点，才能更好的把握设计思路，给后续出现问题时寻找解决思路提供方向性引导。压力容器的特点主要有以下几个方面：
        1.1压力容器应用范围比较广
        压力容器不仅被广泛用于化学、石油化工、医药、冶金、机械、能源、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，在造纸和制糖领域也颇为常见，制糖领域中的蒸发罐、煮糖罐、加热器、储气罐、分汽缸等无一不是贮器或作为设备的外壳，而且绝大多数是在压力温度下运行，如一个日产6000吨的制糖生产线，容器设备数量不少于200台，其中压力容器不少于60台，占了30%。如此可见压力容器在各行各业中是到处可见。
        1.2压力容器操作条件比较复杂
        压力容器作为应用广泛的特种设备，其操作条件十分复杂，有时甚至趋于苛刻。压力容器的操作压力低可以是负压，高可以是大于等于100MPa的超高压；操作温度的跨度也非常大，可以从-196℃低温到超过一千摄氏度的高温；而压力容器处理的介质则包罗爆、燃、毒、辐（射）、腐（蚀）等数千种介质。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造、安装到使用、维护都不同于一般的设备。
        1.3压力容器的安全要求比较高
        压力容器操作工况比较复杂，有温度有压力，还有各式各样的介质存在，一旦出现失效或破坏，轻则需停产停工并重新购置设备，重则会造成爆炸、中毒甚至危及生命，造成极具灾难性的后果。因此，压力容器设计、制造、安装、使用及维护等，每一个环节都要求百分之百的安全可靠。
        1.4压力容器专业性较强
        与其他设备不同，压力容器设计、制造、检验、试验等各个环节都有着较强的专业性，涉及到材料、力学分析、防腐、无损检测、焊接等多个学科领域。这就要求压力容器设计人员具有广泛的专业知识，例如：材料性能、容器结构、设备元件的受力分析、容器的制造工艺及检验等等。同时，还应该具备丰富的设计经验，依托专业化的知识与技术，有效处理各类问题，确保压力容器安全可靠。
        2压力容器设计过程中常见问题分析
        2.1压力容器设计过程中的类别划分问题
        在设计制造过程中，为了对安全要求不同的压力容器有区别地进行技术管理和监督检查，在压力容器设计过程中，首先需要对压力容器进行类别划分，类别划分不当，会造成资源浪费，也可能增加制造、检验及管理成本，还有可能存在安全隐患。在实际设计过程中，设计人员对压力容器类别进行划分的时候，往往忽略工作压力与设计压力的区别，或者由于设计人员对所盛装的介质性质的不确定而忽略了介质对容器类别划分带来的影响等等。
        2.2压力容器材料的选用问题
        材料的选择是压力容器设计中的关键环节，材料选用是否合理将直接影响容器的强度、结构性能、使用寿命及经济成本等。而在实际设计过程中，设计者往往容易忽略材料的变化，盲目提高钢板的性能等级，也就是所谓的“以优代劣”，却忽略了材料与介质的相容性；也有的设计人员盲目认同材料可以以厚代薄，认为材料以厚代薄都是安全可靠的，对于容器的强度、结构等不会造成任何影响等问题。从而导致由于材料变化而引起的材料与介质的不相容，制造工艺发生变化以及材料性能下降等问题出现，增加了设备使用风险。
        2.3忽略压力容器设计使用年限
        通常情况下，每种产品都有一定的使用寿命，所以压力容器也不例外。

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压力容器设计使用年限是指压力容器预期达到的使用寿命。TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》规定，应在设计图样中注明压力容器的设计使用年限。在压力容器设计过程中，由于设计人员通常对压力容器的用途了解不够深入，缺乏准确的考察和估算，所以通常会忽略设计压力容器设计使用年限，这就使得压力容器的安全性降低。
        3压力容器设计过程中常见问题应对措施
        3.1以规范为向导，科学明确地对压力容器类别进行划分
        要想准确的对压力容器进行类别的划分，就需要设计人员准确掌握压力容器的标准定义，在TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》这本规范中，明确了一个压力容器应该具备的条件：（1）工作压力大于或者等于0.1MPa；（2）容积大于或者等于0.03m3且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或者等于150mm；（3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。一个设备算不算是一台压力容器，这三个条件缺一不可，而且需要注意的是，条件中的压力是指工作压力，而不是设计压力，不可将工作压力与设计压力混为一谈，以免造成不必要的浪费。此外，设计人员在对压力容器类别进行划分的时候，一定要跟委托方明确设备所盛装的介质并反复确认介质的特性，准确划分介质的组别，避免因介质划分不当而留下的安全隐患。
        3.2科学合理的选择最适合的材料
        压力容器所用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。所以在进行压力容器选材的时候，除了材料的质量及规格符合相关标准规范要求之外，压力容器设计人员还应该从该压力容器的压力、温度、介质特性、容器操作特点等条件出发，同时还要考虑材料的焊接性能、实际的容器制造工艺以及经济合理性，对压力容器的材料进行针对性的选型。此外，还要考虑所选用的材料在供货不足的情况下，严格做好材料代用的评估，确保材料代用的时候不会影响压力容器设计制造进度，切实满足压力容器设计制造的基本要求，保证压力容器的使用安全、结构合理并降低制造成本。
        3.3严格遵循规范要求，合理确定压力容器设计使用年限
        标定压力容器设计使用年限，其目的是提醒使用者，在使用压力容器的过程中，如果压力容器的使用年限超过了设计使用年限，应采取必要的措施（如测量厚度或缩短检测周期等），确认压力容器在超过设计使用年限的情况下还能不能安全有效的使用，从而降低安全隐患。压力容器设计人员在考虑压力容器设计使用寿命时，应当考虑以下因素：（1）选择合适的材料和结构设计；（2）根据盛装介质设定合理的腐蚀裕量；（3）限制蠕变（高温工况）或疲劳的可能性；（4）容器建造的成本；（5）装量的更换周期等。同时结合压力容器运行环境等，综合拟定计算压力容器的使用年限。
        结束语
        综上所述，在压力容器广泛应该于近现代工业生产的时代，压力容器经过不断的改进及优化，如今也变得越来越复杂，使用环境也越来越苛刻，压力容器的安全要求也越来越高，压力容器设计的合理性将直接影响压力容器的使用性能和安全性能，一旦出现质量问题，就可能引发重大安全事故，从而危及人民的生命安全和财产安全。所以在进行压力容器设计的过程中，必须严格遵循标准规范，不断完善设计思路，严防问题的出现，若出现问题，应该立即整改，避免造成重大损失，埋下安全隐患。
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