浅谈压力容器设计中的一些问题

韦佳

摘要：压力容器又称过程设备，在我国石油化工领域占据重要地位，并发挥着至关重要的作用。加强对压力容器相关技术的研究，能促进压力容器技术的革新，推动制造产业的进步。文章是笔者从事设计工作以来的一些心得体会，对压力容器设计中有关问题进行了研究分析，以供参考。

关键词：压力容器；设计；问题分析

1前言

从原材料到产品，要经过一系列物理的、化学的或者生物的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤称为过程。过程需要由设备来完成物料的粉碎、混合、储存、分离、传热、反应等操作[1]。过程设备必须满足过程的要求，过程设备又称压力容器。

2压力容器设计的重要性

压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度越高，压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此，需要对压力容器进行合理分类。TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》根据危险程度，将适合本规范的压力容器划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，类别越高，设计、制造、监检等要求也会升级。

由于压力容器的设计关系到工业生产的安全，稍有不慎，就会造成人身财产的损失，造成严重的后果。笔者所知的一个案例，就是一台工艺专业提供的条件为常压设计的炭黑水罐，由于是常压设计，所以采用钢制焊接常压容器中的节点设计顶盖。但是到现场运行一段时间后，发现放空口处的一个零件总是被冲坏，需要动火作业改造罐顶接管，现场操作人员通过仪器检测到了气体成分，但还是违规进行动火作业，结果造成人员伤亡事故。后来调查，发现上游工艺专业漏提了炭黑水进料中有气体成分，应按压力罐设计的当做常压设计了。加上现场人员的违规操作，共同酿成了这次事故。

因此，在设计压力容器时，应在许多方面进行仔细考虑，以确保压力容器的质量和安全。设计者需要考虑所有方面：首先，拿到工艺条件后，应检查一遍条件的合理性，最好对照PID图检查物料组分，压力，温度，进出口等；然后是材料能否用于该种温度、工况，根据设备结构、温度和压力，合理选择设计规范；带内件的压力容器，还需要考虑安装过程的可实现性、可操作性等；最后在市场竞争和节能增效的背景下，还需要追求经济性。

3压力容器设计中有关问题的讨论

3.1材料选择问题

材料的材质是决定机械产品性能的一个关键性因素，因为压力容器一般在较为恶劣的工业环境下工作，压力容器的材料容易受到腐蚀作用的影响，所以材料的选择对于压力容器来说十分重要，材料的属性、质量是否达标都会对压力容器的性能产生严重的影响。材料的选择，对接下来的结构设计也至关重要，由于材料制造业的发展，复合板材料也越来越成熟，很多之前只能进口的特殊材料，现在也实现了国产化。在笔者工作的单位，很多新项目都用上了复合板，一些腐蚀性大的介质，设备直径又较大的，复合板具有不锈钢的耐蚀性，又具有碳钢的高强度，在使用中有着较好的经济性。对于一些单纯的只是腐蚀较严重，但是压力和温度都不高的储存设备，可以选用FRP，或者PVC衬FRP，钢衬胶等。

3.2结构设计问题

结构设计，需要满足相应标准规范上的最小厚度，例如GB/T151上有最小壳体厚度要求，正确地选择推荐节点，这些都毋庸赘言，满足标准要求，这是设计安全的底线。根据介质特性，选择垫片，紧固件及设备法兰，之前一台水雾捕沫器设备是一台FRP设备，介质中含有湿氯气，设备内部有两个滤芯需要在现场安装，设计采用设备法兰夹持花板的结构（如下图1），现场安装滤芯后，做气密性试验时，花板上下的设备法兰均出现泄漏，其原因是安装滤芯的花板制造存在偏差厚度不均匀，且法兰面制造精度不够，以及垫片采用EPDM材质较硬，垫片是FF面垫片。几方面原因叠加造成泄漏。因为FRP的特性，花板及法兰密封面不易制造平整，光滑，此设备花板结构设计有问题。对于非金属或衬里设备，不能设计成夹持式花板结构。否则法兰密封面容易造成泄漏。所以我们后来的设计，就不采用这种结构，而是将花板焊接在筒体上，设备法兰在花板上方，这样便于检修和更换过滤器。

3.3压力容器耐压试验与气密性试验设计中存在的问题

耐压试验包括水压试验和气压试验，通常我们选用的是水压试验，因为气压试验过于危险。对于介质毒性程度为极度、高度危害的设备，必须进行气密性试验，气密性试验的含义是，利用相关操作和试验，对压力容器的相关联接部位有没有泄露现象进行检验。通常情况下，在使用盛装了危害性较大，毒性较高的介质的压力容器前，务必要开展气密性测试，还有一种情况，就是换热器检查管接头时，当壳程的压力低于管程，且不能通过提高壳程的水压试验压力来检验管接头时，可以采用氦检漏或者氨检漏试验来检验管接头。气密性试验在耐压试验合格后做。有的操作人员不能高度关注气密性试验的实际过程，或者缺乏较高的专业素质，不能胜任气密性试验的操作，造成不准确的试验结果。。

3.4使用寿命问题

在压力容器的设计中，使用寿命是人们更加关注的问题。但是，在实际设计中，存在一定的缺陷和问题。设计师对容器使用寿命的设计缺乏足够的重视，导致容器设计中的任务寿命没有明确定义，这对后续的实际生产环节有很大的影响，甚至有潜力安全隐患。另外，在容器的设计中，虽然标注了使用寿命，但使用寿命值由设计者根据自己的经验确定。因此，存在的偏差很大，同时，这是一个相对常见的使用寿命问题。

4对压力容器设计的优化策略

对于由材料问题引起的压力容器的质量，在实际设计中，有必要有效地控制材料的选择和优化，从而可以有效地提高材料的应用价值。在材料选择的优化中，主要涉及以下几个方面。①全面分析压力容器所有材料的特性和性能，特别是在材料的耐腐蚀性，韧性，强度和应力特性方面，需要进行深入分析，确保容器材料具有较高的应用价值；②在设计厚度方面，在保证标准规范要求的前提下，合理地计算材料厚度，不能一味地认为厚即安全，忽略了过厚的材料可能会导致压力容器的材料发生脆性断裂的风险；③无论选择哪种材料用于压力容器生产，都要考虑方案的可行性，以防止由于材料价格过高而缺乏可行性。

为了预防泄漏毒性介质，相关人员应做好压力容器的气密性试验，第一，在进行试验前，必须开展耐压试验，第二，在进行气密性试验时，应该确保所安装的全部安全附件都已经齐全，确保试验过程的可靠和安全性。第三，在开展气密性试验的过程中，应该科学地选用所用气体，理想的是氮气或者空气等惰性气体，

而且，在气密性试验中，应该逐步增加压力，坚决不可迅速地把压力提高到所需压力位。在升高到提前确定的压力位后，在这个压力必须保持足够长的时间，把压力降低到提前确定的压力位。

关于容器的使用寿命，设计人员需要根据各种指标和相应的规定进行各方面的分析，并按照《固定式压力容器安全技术监察规程》的指标和规定进行设计。这也是压力容器设计人员必须遵守的基本原则。容器的使用寿命在所有图纸中都有明确规定，为了实现容器使用寿命的科学设计，有必要根据其使用环境进行合理的分析，提高可靠性，减少相关的质量危害，根据所用材料，计算内外压差和耐腐蚀性，科学计算使用寿命。

5结束语

对压力容器的设计，一定要严格符合国家质量标准要求，在容器的制造方面，例如在选材的过程中，要选取优质的材料，在焊接工艺上，要达到焊接水平的要求。应该重视制造过程的监督，随时检查质量是否合格。只有这样，才能更好地满足压力容器的设计与制造方面的要求，制造出更优质的压力容器，推动制造产业的发展。

参考文献：

[1]郑津洋董其伍桑芝富.过程设备设计北京：化学工业出版社，2001

[2]崔益涛.浅谈化工压力容器的设计和选材技术[J].化工管理，2018：131

[3]于巧玲.浅谈压力容器设计中的常见问题及对策[J].中国设备工程，2018.09：90-92