化工压力容器设计及不安全因素分析

化工压力容器设计及不安全因素分析摘要：压力容器广泛应用于工业企业，为化工企业的生产经营提供帮助。化工压力容器在设计阶段有两个非常重要的因素，分别是温度和压力，只有按照相关的规定进行合理设计，在安全状态下将压力容器的压力值做到合理化，操作温度与设计温度接近，才能提高化工压力容器使用过程中的可靠性和实用性，为化工企业带来更多的经济效益。下面将对压力容器的设计进行概述，分析化工压力容器设计的不安全因素并提出相应的解决措施，促进化工企业的各项工作安全顺利进行。关键词：化工压力容器；设计；不安全因素1、压力容器设计的要求通过实际调查发现，为了能够做好压力容器的设计工作，相关工作人员可以围绕以下几点要求进行。第一，在进行压力容器设计过程当中，所有的工作人员必须严格按照行业设计规范，将具体的设计制度全面落实到档案内容之中。第二，设计人员所设计出来的压力容器，必须与企业实际生产标准相适应，只有控制好压力容器的设计参数，才能在企业生产应用过程中，使得压力容器的承压性能显著提升。第三，对于化工企业来说，其生产过程需要用到的材料大都具有一定的腐蚀性，再加上易燃易爆的特点，为了避免后期压力容器使用过程中安全事故的出现，设计工作就必须围绕压力容器的安全性能展开。第四，不管是企业生产当中所应用的何种形式的设备，经过一段时间的使用，必然会出现不同程度的磨损，而相对压力容器来说，因为生产过程所应用的腐蚀性的材料，一旦出现较为严重的腐蚀，当穿透压力容器时，就会对容器的使用寿命造成威胁。对此，设计人员在实际设计环节当中，就必须充分考虑压力容器使用寿命延长的重要性，希望能够发挥压力容器性能的同时，尽可能的提高企业的经济效益。2、压力容器设计中的不安全因素2.1、 压力容器的使用年限过长压力容器的使用寿命是导致压力容器不安全的重要因素之一，很多的压力容器在使用过程中忽视设计使用寿命，存在超过正常使用年限的范围仍在继续使用的情况，压力容器的大部分组件存在安全隐患，增加了压力容器发生事故的概率。压力容器设计相关的规定要求压力容器的使用必须在设计使用寿命期限内，很多应用压力容器的化工企业没有重视这个问题，在使用压力容器的过程中也不重视压力容器的保养和维护，使得压力容器在使用过程中存在很多的问题，虽然能够节约很多的维修和保养费用，但是这种情况下实现的只是化工企业眼前的利益，对后续的长期稳定发展具有不利影响。2.2、 压力容器的选材不合理设计压力容器时，材料的选择必须与压力容器的使用寿命、强度性能和结构功能相结合。在设计过程中，设计师会受到用户需求、外观尺寸和具体使用环境的影响。大多数压力容器在高压和复杂的温度环境中工作。因此，材料的选择必须严格按照相关的标准和规范进行，充分考虑压力容器的耐腐蚀性和内外应力条件。2.3、压力容器设计忽视热处理技术的实施目前国内大部分压力容器设计过程中，都比较注重压力容器接头和壳体的热处理，而忽略了压力容器内曲管的热处理，这大大降低了压力容器的安全性能。在压力容器的热处理中，钢板的焊前预热和焊后热处理通常按照有关规定进行，以消除应力。在压力容器的热处理中，应特别注意弯管的热处理，以促进其设计达到相应的标准。2.4、压力容器制作过程中容易变形由于它会受到多个过程的影响，如果某些过程没有得到适当的控制，压力容器将有很大的概率超过标准变形。压力容器的冷加工和焊接会引起压力容器的变形。焊接施工过程中产生的高温，会导致罐体焊接变形。压力容器在使用过程中操作不当，可能会引起内应力增加、裂纹甚至变形等问题。3、压力容器设计中提升安全性能的有效措施3.1、 提高压力容器设计使用年限的水平在进行压力容器使用年限设计的时候，应该对整个压力容器制作的具体情况进行详细分析，对周围的环境和化工企业本身的发展加以重视，定制合理的压力容器耐腐蚀性，避免使用过程中安全事故的发生。设计人员在进行压力容器年限设计的时候，可以根据每一项不安全因素进行模拟和分析，促进压力容器的设计精细化、全面化。3.2、 科学选择压力容器设计的材料3.2.1、 金属材料金属材料中主要包括不锈钢材料与碳钢材料。不锈钢材料在压力管道设计中，主要帮助管道设计避免受到酸碱的腐蚀。压力管道设计多处于酸碱较强的环境中，如果管道材料不具备抗腐蚀性，管道遭受侵蚀，质量下降，使用寿命缩短，材料成本增加，化工设备正常运行受到影响。利用抗腐蚀性材料是压力管道及化工设备设计的重要选择。不锈钢金属材料具有非常好的抗腐蚀性，不仅能够有效预防化工设备被腐蚀，还能够阻隔铁离子的污染。与此同时不锈钢材料焊接更方便，常用的不锈钢材料主要包括304、316L、321。碳钢材料的选择，其主要优势体现在力学性能方面，低浓度H2SO4或者NaOH情况下的化工设备或者压力管道，碳钢金属材料是理想的选择。但是碳钢材料在应用中如果遇到浓度高的腐蚀环境，其抗腐蚀性稍差于不锈钢材料。对于压力高腐蚀性强的较苛刻工况，可选择碳钢低合金钢本体，不锈钢衬层或是复合层既可满足强度的要求，又可满足耐腐蚀性要求，同时还可以降低成本。3.2.2、 非金属材料非金属材料主要包括玻璃钢、石墨。玻璃钢属于纤维强化塑料，在玻璃纤维中加入环氧树脂、酚醛树脂以及不饱和聚酯，形成玻璃钢。玻璃钢密度1.8g/cm3。玻璃钢在化工设备中的应用优势体现在抗腐蚀性好，面对任何强度的酸碱液体都具有抵抗能力。当然也存在一些弱点，对高温的抵抗力弱。玻璃钢材料的应用温度不能超过60C。压力管道中通风管道以及塔器、钛设备等外壳都可以选择玻璃钢材料。石墨材料的应用主要体现在化工设备外壳方面。石墨材料的形成经过高温淬炼而成，其自身有无数微小细孔。将石墨浸泡在酚醛树脂中加以处理，石墨的高孔隙率得到弥补，不透性增加。石墨的应用优点在于耐高温，具有较强的热传导性，但是石墨抗拉强度不够理想，所以在实际应用中还需要根据化工设备与压力管道具体情况而选择。3.3、压力容器的热处理技术的提升在许多化工企业生产压力容器的过程中，高强度压力容器的制造成本导致了对压力容器热处理技术的忽视。例如，在余热锅炉的生产中，炉前不单独进行炉管与炉壳面堆焊前的内部整体热处理，会对整个压力容器的可靠性产生严重影响，且质量达不到标准。因此，应根据实际情况对压力容器热处理工艺进行改进，以提高压力容器的安全性。3.4、合理控制压力容器的变形因素对于因内应力引起的容器变形，需要焊后热处理工艺。焊接内应力多发生在温度梯度较大的情况下，因此应根据标准要求考虑是否提前将容器的焊接区域预热到合适的温度，以避免焊接残余应力和过度变形的问题。对于由设计误差引起的变形问题，要详细检查模具和模板是否按标准尺寸设计，这样可以减少由容器形状和位置误差引起的变形问题。在形状和位置误差减小过程中，应彻底分析热胀冷缩问题，避免产生过大的误差，并设计适当的预缩量以满足制造要求。综上所述，本文对压力容器设计要求进行了探讨，并对化工压力容器设计中的不安全因素进行解析，最后提出有效的措施，由上述讨论可知，只有注重压力容器的热处理技术的实施，避免各项因素导致压力容器的变形，对压力容器的设计和制作材料不断强化，才能不断提高化工压力容器的可靠性和安全性，为化工企业实现更多的经济利益打下基