压力容器设计中应注意的几点问题

压力容器设计中应注意的几点问题

摘要：安全生产日益得到重视，特别是近年来一些重特大安全生产事故的发生频频为人们敲响警钟；压力容器作为化工生产中不可或缺的生产单元，其设计，制造及使用的安全性更应引起行业相关人员的重视；但是在设计过程中由于强度计算软件的普及，使得一些受压元件的计算被忽略，导致在碰到特殊问题时，设计人员无从着手。本文就压力容器设计过程中应注意的一些问题及容易忽略的计算做了归纳，仅供相关行业人员参考。关键词：压力；容器设计；注意问题1压力容器设计的要求（1）相关设计部门需具备比较完善的质量保障制度，且具有较强的操作性和指导性，可以有效的应用和落实到具体的设计中；（2）压力容器的设计必须满足工艺生产的要求，其参数必须符合相关标准的要求，只有满足以上因素的产品，才能够保证该产品在运用过程中具有一定的承压力；（3）由于化工行业中所用到的物料具有腐蚀性及毒性，且具有可燃性，极易出现火灾，甚至发生爆炸；因此，压力器在运行过程中必须安全可靠；（4）压力器投入使用之后一定要达到使用寿命，由于化工物料具有一定的腐蚀性，严重情况下会腐蚀并穿透压力容器，因此设计人员需考虑运用何种手段确保压力容器拥有较长的使用寿命，进而在一定程度上降低成本；（5）压力容器需具有制作方便、操作简单、维修方便等特点；这就对设计人员提出了要求：一方面，压力容器设计需更加的简单、更加的容易制造、安全性更高；另一方面，压力容器设计可以满足特殊使用的要求，容器顶盖可以随意拆除，进而能够随时满足各种需求，在极大程度上降低成本。2压力容器设计常见问题2.1经济性设计人员在对压力容器进行设计时，需对压力容器安全性能进行充分考虑，在对相应材料进行选择是，需对设备温度的承受力、材料之间焊接、设计压力、每个介质之间特性进行充分考虑，整合分析容器结构、冷热加工性能和经济性，压力容器造价直接影响着设备材料与压力容器的总体质量。对于压力容器的设计，为有效的降低成本，使经济合理性得以实现，设计人员对于压力容器的材料选择比较便宜，这就在极大程度上降低了压力容器的质量。2.2忽视压力容器的使用寿命一般而言，任何产品都具有一定的使用寿命，尤其是对于类似于压力容器的设备，要求这类设备具有较长的使用寿命，若使用寿命过短将会导致生产成本增加。此外，对于压力容器的使用年限的考虑，通常预计使用年限的做法，把控好使用年限，并充分考虑压力容器使用年限的影响因素，如：何种优质材料可以有效的延长压力容器使用寿命，对比同一材质，按照相关标准对压力容器底部设计时是不是更加的坚固，设计方案不同在一定程度上会影响压力容器质量，然而，这些方面设计并没有引起重视。2.3分汽缸与储气罐的设计问题设计人员在对分汽缸进行设计时，对于分汽缸出汽口到进汽口距离的设计会出现误差，这就造成分汽缸无法顺利工作；同时，对于储气罐的设计，设计人员没有依据储气罐压力要求对材料进行合理选择，没有合理的对其尺寸进行设计，这就导致储气罐的抗压能力较差。2.4未严格遵守压力容器设计单位质量管理制度设计人员在对压力容器进行设计时，没有严格按照其设计单位相关管理制度执行，且设计人员缺乏对各压力容器设计单位的认识，对于压力容器的加工工艺及工程实践知识（安装、检修、操作维修、质量检测等）也十分欠缺，设计人员的设计水平过低，就会严重影响压力容器的设计质量。3搅拌设备紧固件松动的问题搅拌设备在工业生产中应用很广，尤其是化学工业中，很多化工生产都不同程度地应用搅拌操作。对于加热、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，往往要采用搅拌操作才能得到更好的效果。搅拌设备在许多场合是作为反应器来应用的。据统计，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的90%[1]。搅拌设备由搅拌装置、轴封和搅拌罐三部分组成，其中搅拌装置又分为传动装置、搅拌轴和叶轮。搅拌轴和叶轮安装在搅拌罐内部，两者均由很多零部件组装而成，零部件的组装离不开螺栓、螺母和垫片等紧固件。搅拌操作过程中存在着搅拌轴的晃动和叶轮的转动，易出现螺母松动现象。螺母松动若长期未发现，紧固件等小型零件可能会脱离搅拌装置落入搅拌罐底部。搅拌罐的介质出口一般设置在底封头上，通过泵设备抽出运至工艺管线。如果未采取措施，脱离的小型零件落入介质出口后吸入泵内，容易导致泵设备的损坏，甚至发生更严重的事故。笔者为此提出一种搅拌设备多孔管结构，能够避免上述现象发生。4接管标准选用的问题化工容器设计时接管的选用标准通常有GB/T8163-2008、GB/T9948-2013和GB/T6479-2013。GB/T8163-2008中的10、20钢和Q345D钢管应用的化工容器设计压力不大于4.0MPa，且介质不得为极度或高度危害特性，10、20钢和Q345D钢管的使用温度下限分别为-10℃、0℃和-20℃，且钢管的壁厚不大于10mm。GB9948-2013标准规定外径不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm的10和20钢管，应分别进行-20℃和0℃的冲击试验。10和20钢管的使用温度下限分别为-20℃和0℃。GB6479-2013标准规定外径不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn钢管，应分别进行0℃和-20℃的冲击试验。20和16Mn钢管的使用温度下限分别为0℃和-20℃。举例：某化工容器设计温度为50℃，有一DN300的接口，需使用φ325×12mm的接管，选用接管标准时，不能选用GB/T8163（钢管的壁厚不大于10mm）；如选用GB/T9948，需进行相应温度的冲击试验；如选用GB/T6479，可直接采用20或16Mn钢管，因为该标准的接管供货时已经对外径不小于70mm且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn钢管进行了相应温度的冲击试验。因此设计者应综合考虑各方面因素，选用GB/T9948或GB/T6479。5夹套容器套管壁厚化工容器中的反应罐结构型式多为夹套式，利用夹套进行传热。内筒的接管需穿过夹套筒体引出至工艺管线。夹套筒体上的引出管即为套管。选用套管壁厚时首先满足S1≥0.8S2，然后进行开孔补强计算再满足强度要求即可。举例：某反应器夹套筒体厚度为10mm，套管规格为DN300，套管壁厚首先满足≥8mm。利用SW6进行开孔补强设计计算后发现套管（S30408，不考虑腐蚀裕量）壁厚计算厚度为11.2mm，因此该套管的规格可选用φ325×12mm。6低温低应力工况低温压力容器是石油化工中常见的设备，是指设计温度低于-20℃的碳素钢和低合金钢制压力容器（包括由于受环境温度影响，壳体的金属温度低于-20℃的情况）。压力容器设计中，设计者往往误将温度低于-20℃的碳素钢和低合金钢制压力容器全部当作低温容器来设计，忽略了满足一定条件的“低温低应力工况”可不受低温容器规范的相关约束，给设计、制造、检验和验收带来了一系列的问题，并增加了成本。低温低应力工况是指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计应力（在该条件下，容器元件实际承受的最大一次总体薄膜和弯曲应力）小于或者等于钢材标准常温屈服强度的1/6，且不大于50MPa时的工况。低温低应力工况的容器，若其设计温度加50℃（对于不要求焊后热处理的容器，加40℃）后不低于-20℃，除另有规定外不必遵守关于低温容器的规定。7结论总而言之，压力容器对我国国民经济的发展起着至关重要的作用。因此，设计人员在对压力容器进行设计时，必须严格按照其设计要求及国家的相关法律法规执行，从而确保压力容器具有较好的安全性和可靠性，并不断提高