张玉玺
长庆工程设计公司 （陕西西安 710018）
摘要：
随着现代工业的逐步发展，在工业生产和人们日常生活中占据重要地位的压力容器越来越受到人们的重视，但因为温度、压力、介质等多种原因，压力容器这一特种承压类设备极易发生事故，而且事故后果往往都非常严重，不仅会造成经济损失，而且可能会造成人员伤亡，因而相关设计人员在进行压力容器设计时，要充分考虑它的不安全因素，在设计、制造、使用、维修、检验等各个环节进行规范，尽可能地预防和杜绝压力容器安全事故的发生。
关键词：压力容器；不安全因素；解决方法
一、压力容器基本情况概述
（一）概念
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。为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。它被广泛地运用于化工、石油、制药等工业生产当中。因密封、需承受压力和储存危险介质等，压力容器极易发生爆炸、燃烧等事故，危险事故一旦发生，不仅会造成经济损失，而且会直接危及到操作员的生命安全。
（二）安全保障的重要性
压力容器数量多，在生产、生活中的使用都非常广泛，但由于它的存贮和运输中存在许多不确定因素，因而，事故极易发生，而且，事故一旦发生，破环性极大，不仅会造成经济损失，而且会造成人员伤亡，因此一定要时时注意压力容器的安全问题，要认识到压力容器安全保障的重要性。
1．压力容器经常用于工业生产之中，因而要多关注安全问题
早期，压力容器主要用于化学工业，压力不大，多在10MPa以下。而压力容器的压力在合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求达100MPa以上，这就增加了压力容器的危险程度[[[] 王维建.安全工程双重评价机制的构建与应用——以安全评价理论与方法课程为例[J].兴义民族师范学院学报，2020(05):84-89.]]。况且，在化工和石油化工等工业不断发展的情况下，压力容器的工作温度范围不断变宽，容量也在逐渐增大，对耐介质腐蚀提出了更高的要求，特别是在20世纪60年代以后，核电站的不断发展需要更多的反应堆压力容器，这都在一定程度上推动着压力容器的发展。压力容器发展到现在，更是在化工、机械、石油核能、动力、冶金、食品等部门得到了广泛的运用。像航空航天工业中的飞机、火箭、宇宙飞船壳体，石油工业中换人装置、分离装置的外壳等。
2．压力容器在使用过程中，事故频发
因为压力容器这一特殊设备的事故发生率要高于一般机械，且事故发生后危害性极大，所以国家专门为它设置了专门机构，对它的安全进行有效监督。压力容器一般高压、高温下工作，甚至有些容器还会盛装易燃、易爆的物品；此外，它的局部应力也较为复杂，容器各个部分受力并不均匀，在在容器开孔周围及其他结构不连续处，更是会因为只有局部的受力而易造成断裂[[[] 姬万荣,杨虎生,胡汝军,张中勤,王连杰,袁哲.提升压力容器防腐性能的有效策略[J].中国设备工程,2018(04):230-231.]]；此外，容器本身也有很大的缺陷，在焊接或锻制的容器过程中留下的微小裂纹，在容器运行的过程中会不断加大，且会在某一特定时期产生破裂企业为节约成本或者其他方面的原因，不配备具有压力容器专业知识和了解国家压力容器有关法规、标准的技术管理人员；企业工作人员擅自改变使用条件或者擅自修理改造等，都会加大压力容器的事故发生率。
二、压力容器设计中的相关问题
（一）压力容器的使用寿命不明确
因工业发展需要，对压力容器的设计要求也在逐步提高，相关管理人员和设计人员也越来越重视容器的设计问题，对压力容器的使用寿命和使用时间也更加的关注，由于没有标准或法规对如何计算设计寿命做出规定，设计使用寿命只是一个供参考的预测值。即使按最简单的腐蚀余量来考虑，介质对壳体材料的腐蚀速率，也需要由标准来明确，而不是由设备设计单位或使用单位来确认。此外受检测手段制约，有压力容器的超使用年限使用的情况，这样会大大增加压力容器的事故发生率。
2?压力容器试验阶段把关不够
一般而言，压力容器里面的介质都具有一定的危害性，因而，定期检查压力容器的气密性是否完好，是保证压力容器安全运行的重要一步。在设计压力容器的时候，就要进行水压试验或者气密性试验，检查是否出现泄漏。特别是对一些损害性比较大的压力容器，在使用之前更是要进行气密性的检测，才能更好地保证压力容器的安全。
三、压力容器设计中不安全因素的解决方法
（一）合理设计使用年限
针对压力容器这一特殊装置，相关设计者要殊装置，相关设计者要严格按照使用工况参数并结合实际，充分考虑安全性 经济性等各种问题，对压力容器的使用年限进行合理的设计，如要根据压力容器的使用材料的质量，计算出压力容器的使用年限，并科学合理地预测使用最后年限[[[] 朱海鹰.中国化工装备协会压力容器制造许可评审单位存在问题综述[J].中国化工装备,2016,18(03):3-20.]]。所以在设计压力容器时，在容易出现问题的环节，通过强调提醒的方式，引起注意，以增加压力容器的使用年限。
（二）选择合适的材料
材料选择也是压力容器设计中极其重要的一环，材料选择要与压力容器的用途相匹配，否则的话，就会造成严重的后果。因而，设计者在进行压力容器设计活动时，要选择合适的材料，同时采取各种手段优化材料，发挥材料的最大价值。所以说，设计者要对不同材料的力学性能以及耐腐蚀性能进行分析，根据现实的需要，选择厚度适合的材料，以充分提高压力容器的使用效率，减少安全事故的发生。
（三）解决热处理问题
压力容器在制造过程中，将带来以下问题：由于过量的冷卷、冷矫形等冷加工引起的冷作硬化。由于焊接引起的焊缝区组织和性能的变化。由于焊接产生残余应力以及由此而导致的应力腐蚀裂纹的产生和发展。?
压力容器焊接时，当母材相邻区域产生一温差大于100度的急剧温度梯度时，在铁素体钢或相当的其他材料中引起不均匀的塑性应变，而在随后的冷却过程中，将产生一个峰值应力达到屈服点的残余应力场。?
另外，由于压力容器制造中的不均匀塑性应变导致在弹性-塑性材料中产生残余应变，而残余应变可以是来自机械的（主要是冷卷、冷矫形等冷加工）热力的（主要是焊接过程产生的），或者两者兼有的原因，也就是热机械的原因。?
因此，在压力容器加工完成的最终产品中将留下残余弹性应变场，并承受相应的弹性残余应力。残余应力的存在，将影响压力容器的使用性能。为了消除焊接区峰值应变，达到内应变均匀分布这一目的，可以采取多种方法，如机械震动法、焊后加热法等。然而，由于压力容器中许多潜在的问题主要来自焊缝区的冶金损伤，所以，采用机械方法以降低内应变的手段已经不足以预防日后运行过程中可能出现的诸多问题。另外，金属的氢脆现象已经比较为人们所关注。氢进入钢以后，机械性能会发生明显的变坏。强度和塑性明显降低，溶解于金属晶格中的氢，使钢在缓慢变形时发生脆性破坏。金属材料中的氢可以是在金属材料生产工艺过程中吸收的，如金属在焊接时液态金属吸收的氢保留在焊缝中，也可能是材料在氢环境中服役吸收的氢。对于焊缝中吸收的氢，比较有效的消除方法就是进行焊后热处理，它既可以达到松弛和缓和焊接残余应力，改善因焊接而被硬化及脆化的焊接热影响区，提高焊缝金属的延性和断裂韧性，也可以使焊接区及附近的氢等有害气体扩散逸出。?
压力容器采用的热处理方法有两类：一类为改善机械性能的热处理，一类为焊后热处理（PWHT）。?
广义地说，焊后热处理就是在工件焊完之后对焊接区域或焊接构件进行的热处理。起内容包括消除应力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低温消除应力、析出热处理等。狭义地说，焊后热处理仅指消除应力退火，即为了改善焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，许多情况下所讨论的焊后热处理实质上就是焊后消除应力热处理。
因此热处理技术是在一定工艺条件下是最终保证压力容器生产的安全性的有效手段。
参考文献：