化工壓力容器設(shè)計及不安全因素分析

　　摘要：壓力容器廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)，為化工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營提供幫助�；�工壓力容器在設(shè)計階段有兩個非常重要的因素，分別是溫度和壓力，只有按照相關(guān)的規(guī)定進行合理設(shè)計，在安全狀態(tài)下將壓力容器的壓力值做到合理化，操作溫度與設(shè)計溫度接近，才能提高化工壓力容器使用過程中的可靠性和實用性，為化工企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益。下面將對壓力容器的設(shè)計進行概述，并結(jié)合無深環(huán)焊縫多層包扎式氨合成塔、三套管式廢熱鍋爐及可控移熱變換反應(yīng)器的設(shè)計經(jīng)驗，分析化工壓力容器設(shè)計的不安全因素并提出相應(yīng)的解決措施，促進化工企業(yè)的各項工作安全順利進行。

　　關(guān)鍵詞：不安全因素;化學壓力容器;設(shè)計

　　引言

　　化工壓力容器是在化工行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種承壓設(shè)備，它使用的環(huán)境一般較為惡劣，如需要承受較高的溫度和壓力，承載的內(nèi)容物為有毒有害物質(zhì)、易燃易爆品或者是具有較強腐蝕性的樣品，這些條件就決定了化工壓力容器需要較高的質(zhì)量要求，需要具備極高的安全性。因此，在進行化工壓力容器設(shè)計時需要綜合考慮各化工行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)要求與特點，從設(shè)計方法上進行改進，更好的設(shè)計出耐酸堿腐蝕、承壓性能良好的壓力容器，助力化工行業(yè)的發(fā)展。

　　化工師論文投稿刊物：《化工管理》辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級管理類期刊。雜志立足化工企業(yè)，面向管理人員，傳播企業(yè)管理知識，介紹實用管理方法，解讀熱點焦點問題，提升經(jīng)理人的工作與生活質(zhì)量。

　　1壓力容器設(shè)計的概述

　　壓力容器在設(shè)計階段根據(jù)設(shè)計方式的不同，安全系數(shù)的范圍也具有一定的差異，利用規(guī)則設(shè)計方法，壓力容器的抗拉強度安全系數(shù)大概在2.7左右，利用分析設(shè)計方法的壓力容器安全系數(shù)有所降低。為了能夠降低壓力容器的資源消耗量，實現(xiàn)化工壓力容器設(shè)計的綠色化，相關(guān)的壓力容器材料市場不斷進行材料革新，通過材料和技術(shù)的進步使得壓力容器設(shè)計階段的安全系數(shù)有所降低，逐漸實現(xiàn)壓力容器設(shè)計的輕便化。合理調(diào)整壓力容器組建過程中的焊接技術(shù)，對壓力容器的組裝材料進行質(zhì)量檢驗，逐漸提高壓力容器設(shè)計過程的節(jié)能效果，在進行壓力容器的設(shè)計的時候，應(yīng)該盡量將結(jié)構(gòu)設(shè)計地合理和簡潔，在滿足質(zhì)量和壓力性能的前提下優(yōu)化壓力容器的組件，進行壓力容器整體構(gòu)造的合理設(shè)計，才能更好地為化工企業(yè)的生產(chǎn)服務(wù)。

　　2化工壓力容器設(shè)計不安全因素

　　鑒于使用的環(huán)境，化工壓力容器的設(shè)計要求嚴格選擇材料，包括材料的承壓能力、對溫度的敏感性、材料之間的焊接、加工工藝對材料的影響等。但為了降低生產(chǎn)過程中的成本，生產(chǎn)企業(yè)只考慮材料經(jīng)濟性，忽視壓力容器的質(zhì)量要求，選擇經(jīng)濟性能高、價格低的材料進行生產(chǎn)，在使用過程中會產(chǎn)生安全隱患。此外，由于使用環(huán)境惡劣，壓力容器易受酸堿腐蝕。劣質(zhì)材料制造的壓力容器不能滿足使用要求或降低使用壽命。

　　設(shè)計過程管理在化工壓力容器的設(shè)計管理中，設(shè)計者對設(shè)計過程管理體系的遵從性缺乏概念，導(dǎo)致該體系被視為裝飾，沒有系統(tǒng)的遵從性，缺乏規(guī)范化的設(shè)計思路。此外，設(shè)計人員缺乏相關(guān)專業(yè)知識和實踐認知，設(shè)計水平較低，對設(shè)計后安裝、調(diào)試和使用過程中存在的問題認識不足，導(dǎo)致壓力容器的設(shè)計不符合化工企業(yè)的要求，影響壓力容器的產(chǎn)化工壓力容器的分類與設(shè)計要求在進行化工壓力容器的設(shè)計前，需要綜合考慮客戶的需求、制造使用的材料、容器的結(jié)構(gòu)、安全性、使用環(huán)境、容器盛裝的物質(zhì)等因素，綜合協(xié)調(diào)各種因素之間的關(guān)系，確保壓力容器滿足化工生產(chǎn)與使用的要求。目前，常用的設(shè)計方法包括常規(guī)與分析法兩種。

　　常規(guī)的設(shè)計方法是利用彈性設(shè)計準則，計算壓力、許用應(yīng)力、容器尺寸之間的關(guān)系是通過殼體薄膜理論或材料力學推導(dǎo)而來的，設(shè)計中的關(guān)鍵點是設(shè)計方法、載荷和許用應(yīng)力，它屬于經(jīng)驗設(shè)計方法，對壓力容器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材使用、工藝制作等，始終控制局部應(yīng)力，選用安全系數(shù)高的許用應(yīng)力，重視彈性失效問題，提高設(shè)計的安全性。

　　分析設(shè)計方法是基于應(yīng)力分析數(shù)據(jù)，采用優(yōu)良的選材與工藝標準，秉承塑性失效與彈塑性失效的準則，分類匯總應(yīng)力并逐一分析計算各應(yīng)力，針對不同的應(yīng)力產(chǎn)生與破壞應(yīng)力的形式，設(shè)計不同的元件厚度來應(yīng)對。避免了應(yīng)力設(shè)計中存在的各種不安全因素，并減少了材料的浪費，通過應(yīng)力針對性設(shè)計，降低材料發(fā)生塑性變形的可能性，提高壓力容器的載荷性能，因此，該技術(shù)在化工壓力容器的設(shè)計中被廣泛的使用。

　　一般情況下，在熱處理、氣缸和儲氣罐的設(shè)計中，成型后合成鋼的厚度會減小。通過對鋼板冷壓成形件的熱處理，提高了材料的原始性能。在壓力容器的設(shè)計中，容器壁和封頭的熱處理容易受到重視，而噴嘴的熱處理往往被忽略，導(dǎo)致材料變形，影響使用壽命。在分汽缸設(shè)計中，經(jīng)常出現(xiàn)出汽口與進汽口距離設(shè)計偏差，導(dǎo)致分汽缸停滯。但儲氣罐的設(shè)計并沒有根據(jù)壓力要求進行合理的材料選擇和尺寸設(shè)計，從而降低儲氣罐的抗壓性能。

　　分類化工壓力容器是一種密閉裝置，具有較高的承壓能力，可以用來儲存化工產(chǎn)品，主要是液體與氣體的儲存。按承壓力能力劃分壓力容器可分為超高壓型、高壓型、中壓型、低壓型四種;按存儲內(nèi)容物的類別可劃分為無毒型、有毒型、劇毒型等;按容器生產(chǎn)工藝劃分為熱交換型、分離型、貯運型、反應(yīng)型四種。不同類型與功能的化工壓力容器，設(shè)計原理與方法不同，但在使用過程中也會出現(xiàn)各種問題，影響容器的使用，并對化工行業(yè)造成不利的影響，因此，需要重視壓力容器的設(shè)計。

　　3提升化工壓力容器設(shè)計安全性

　　3.1延長使用年限與重視細節(jié)設(shè)計

　　在進行化工壓力容器設(shè)計時，需要設(shè)計人員熟悉設(shè)計要求與相關(guān)的技術(shù)標準，通過先進的設(shè)計技術(shù)與方法，根據(jù)壓力容器的使用目的、腐蝕速率等計算出容器的使用壽命，選用腐蝕速度慢、性能良好的材料，設(shè)計時考慮各種使用影響因素，從而在科學的基礎(chǔ)上合理的延長使用時間。細節(jié)設(shè)計是設(shè)計人員經(jīng)常忽略的問題，如壓力容器的接管、封頭等元件的熱處理問題，需要良好的設(shè)計與編排，可提升容器的使用壽命。處理好細節(jié)設(shè)計，避免出現(xiàn)壓力容器設(shè)計的短板，確保容器的安全性。

　　3.2提升設(shè)計人員設(shè)計水平

　　設(shè)計人員的設(shè)計水平是整個化工容器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過加強設(shè)計人員的企業(yè)制度的培訓，提升設(shè)計人員遵守管理制度的意識。通過聘請專業(yè)技術(shù)人員對本企業(yè)的設(shè)計人員進行技術(shù)培訓，培訓的內(nèi)容應(yīng)盡可能的全面，包括專業(yè)知識、壓力容器安裝、維修、加工工藝等。

　　3.3材料變化與熱處理

　　壓力容器設(shè)計過程需要注意材料的選擇與使用，特別是不同材料的更換與連接問題，不同厚度的鋼板之間相互連接，特別是加厚封頭與殼體之間的連接過程，需要對封頭進行削邊處理，因板材厚度變化會導(dǎo)致焊接口應(yīng)力增加，降低產(chǎn)品質(zhì)量，因此，在設(shè)計時需要避免設(shè)計板材的變化，以得到準確的應(yīng)力預(yù)測值，確定壓力容器的使用品質(zhì)與時長。對于塑性差、硬度大的鋼板會產(chǎn)生較大的變形、裂痕等，因此，需要通過熱處理來降低變形發(fā)生的可能性，可在冷成型工藝之后增加退火工藝，提升鋼板的塑性與強度。

　　結(jié)語

　　總之，壓力容器是化工行業(yè)必備的設(shè)備，需要設(shè)計人員嚴格、精心的設(shè)計，通過影響設(shè)計綜合因素的考慮，來提升化工壓力容器的性能，解決使用過程的問題，提升容器的安全可靠性。

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　　作者：魏文偉

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