关于压力容器设计与制造的浅究

关于压力容器设计与制造的浅究

张金恩

广东长征机械有限公司528455

摘要：现阶段压力容器已经成为工业制造生产领域中最重要的特种设备之一被广泛应用于工业生产过程中，因此在设计制造中一定要保证其科学合理性，提高设计制造的质量和水平，基于此，笔者展开了以下探讨。

关键词：压力容器；设计；制造

一、材料代用

1.用厚板代替薄板

用厚板代替薄板，在设计制造过程中，经常被认为是安全可靠的，这是错误的观点。首先，厚板代替薄板，可能许用应力会降低，导致强度计算不合格。以Q245R为例，说明这个问题。假如设计条件：计算压力Pc=6.66MPa，设计温度20℃，内直径Di=4000mm，焊接接头系数取1，腐蚀裕量为0，不同厚度下的许用应力见表1。那么，圆筒的计算厚度如下。名义厚度取100时：

名义厚度取110时：

由上述计算很明显知道，这种情况下，用110mm的钢板代替100mm钢板，是不合格的。为避免这种失误，在以厚代薄的场合中，应通过强度计算确定。

表1Q245R钢板常温下的许用应力

其次，注意厚度变化后导致的热处理、无损检测、焊接工艺等要求的变化，如果不能协调，应禁止代用。

2.高强度材料代替低强度材料

高强度材料代替低强度材料，通常被认为是“以优代劣”，而忽视了材料与介质的相容性。在有应力腐蚀开裂风险的设备中，容器对应力腐蚀开裂的敏感性随着使用的钢材强度的提高而增大，此时若将Q245R系列的钢材用Q345R等低合金钢代用就极易产生问题，因此这类“以优代劣”的行径在原则上是行不通的，应当被禁止。

二、开孔补强设计

1.忽视联合开孔补强计算

单孔开孔补强计算合格，但忽视了与该孔相邻的其他开孔。GB/T150.3-2011第6.4.1条规定，当任意两个相邻开孔的中心距小于两孔平均直径的两倍（见图1），而使其补强范围彼此重叠时，此两开孔应采用开孔联合补强计算如果只作单孔开孔补强计算，实际补强强度将小于开孔削弱强度，开孔不安全，设备使用过程中容易出现泄漏甚至发生爆炸事故。

2.相邻开孔中心距计算错误

在开孔补强计算中，凸形封头上的两相邻开孔或圆筒周向上的两相邻开孔，其开孔中心的间距按弦长计算是错误的，按GB/T150.3-2011第6.1.3条b）规定，应按弧长计算。

三、压力容器设计制造安装缺陷

1.材料使用不合理

在制造压力容器的过程中，一定要严格的筛选材料，不能够因为不合格的材料引起压力容器的制造缺陷问题，因此，在选择制造材料的过程中，一定要对材料的性能进行严格把关，但是材料的好坏受到温度与湿度等多种因素的影响，使得压力容器在制造过程中出现不同程度的缺陷。

2.加工过程不合理

压力容器在制作加工过程中，往往会受到尺寸测量与定型操作等方面因素的影响，如果技术人员在操作过程中，没有按照规范进行操作与处理，就会造成压力容器出现不同程度的问题，出现各种各样的缺陷。压力容器在制作过程中，绝大多部分都需要人工进行操作，由于这一不合理因素的影响，使得压力容器变形问题日益突出。

图1相邻开孔示意图

3.焊接工艺不合格

焊接作为压力容器制造过程中最重要的一项工艺，焊接工艺的好坏能够直接影响压力容器的质量。比如说，不合格的焊接工艺，焊接过程中横向和纵向选择的问题等等，都能够使压力容器内部出现缺陷问题，但是横纵向取选工艺是压力容器制造过程中关键的环节，不能够被其他技术或环节所替代，因此不合理的使用，就会使得压力容器出现不同程度的缺陷问题。

四、压力容器制造安装缺陷的处理措施

1.材料及工艺设计标准选择问题的解决对策

解决压力容器的选材问题就要依据国家压力容器制造规范标准，制定周密的压力容器选材计划和采购方案，按照容器制造要求来设计购置材质，选材时要有专业技术的人员对材质进行检验验收，符合设计要求的材质方可购进和使用。对于盛装具有化工性质的容器的设计要达到防腐性能的要求标准，同时压力容器的承载压力值必须满足或涵盖容器运行过程中的最大值。同时在设计高压容器时对于溢流阀的设计要求必须做到准许开启的极限值低于容器所能承载的最大值。选用国外的进口管材时，必须经过材料化学成分的分析后符合要求方可使用。在材料的无损检测上加大监督力度。

2.规范技术流程，减小变形程度

技术人员应先对下料上的相关操作进行规范，让工作人员的基本素质得到高水平要求，以此保障工艺措施的质量。同时还要对下料的规格、尺寸等方面进行详细检查，防止技术操作不达标，给后续工作开展带来障碍。第二个环节是产品成型，工序开展中应对工艺技术标准进行满足，严格控制制作、检查、筛选等环节的工作质量，防止版型不能满足设备的实际规格要求。模具的设计与制作是容器生产中较为重要的环节，也是工艺要求较高的部分，原因是使用模具的前后，部件的尺寸会发生较大的变形，这个变形的尺寸应得到误差范围上的规范，一旦超出数值大小上的范围，就要采取相应措施进行补救，可以直接进行返工也可以进行二次处理。热成型模具在实际应用中则要对其收缩性进行精确计算，并出具对应的解决方案进行处理。最后一步是对压力容器的组装拼接，这个环节的位置定位要求较高，因此应在实际操作中使用定位卡进行辅助。

3.合理布置焊接工艺

在焊接过程中，为了避免压力容器，出现过度重叠问题，或者轻微裂纹问题，在焊接过程中，一定要充分考虑，横向和纵向关系，严格把控交叉焊接工艺，如果焊接工艺布置不合理，很可能造成焊缝重叠，虽然这种现象是不可避免的，但是可以把不合理的工艺，变成合理的工艺。在焊接材料合理的情况下，应首先考虑焊接接头的使用性能，并在焊接过程中保证其适当的制造特性。在压力容器的设计中，压力容器的图纸采用国家标准焊接材料模型，详细确定焊接接头的粘结程度、焊接位置和具体牌号。

结语

压力容器能否安全运行，在很大程度上取决于设计与制造质量，而设计与制造质量又与工程技术人员能否对标准、法规正确理解密切相关。近年来，压力容器被广泛地应用于工业生产及生活中，压力容器具有高负荷、高强度、结构复杂、安全要求高的特点，当存在一些质量问题时，容易引起安全事故的发生。这不仅影响到人们正常的工作生活，还给生命财产带来巨大的威胁。因此对其设计与制造的要求也越来越高。在设计与制作压力容器时，必须严格按标准规范要求进行，同时要注意制造过程中出现的问题。

参考文献：

[1]杨贵成.浅谈压力容器设计制造安装常见的问题及解决方法[J].科技资讯，2017（25）

[2]张小英.高压容器的及设计制造注意事项[J].化学工业，2017（11）

[3]李文杰.简谈压力容器设计与制造[J].自然科学，2018（6）