探讨压力容器设计要求及设计方法

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摘要:在工业生产的过程中,压力容器的使用非常广泛。由于压力容器承载一定压力以及所盛装的物料的危害性的局限,使用具备很好的密闭性的压力容器是一项硬性要求,对每一项操作环节的质量进行确保是我们必须要做的事情,只有这样才能充分发挥压力容器的功能,保证人员的安全。研究压力容器的设计要求以及设计方法是一件任重道远的事情,它能够使设计标准规范得到统一,使压力容器的产品质量得到提升,并且降低制造成本。

关键词:压力容器。设计要求设计方法

石油化工等行业的快速发展对压力容器的设计要求也逐渐提高,压力容器在设计的时候,应遵循国家相关规范标准,同时还应该确保设计的压力容器符合企业的实际需求,并能实现成本节约,安全可靠等目的。

一、压力容器的设计要求

对于压力容器来说,使用过程中对于温度、压力等各方面的要求非常的高,一旦设备出现任何问题,都将造成影响,轻者停产,重则出现灾难性事故,所以,国家对于压力容器的设计制定了一些制作条件,从制作工艺上面进行精确化,保证其良好的使用效果。

1.安全性。不断对压力容器的设计进行提高是为保证人们的生命财产安全和压力容器安全平稳的运行的主要手段。对于一台新诞生的压力容器来说,首先就需要对其进行安全性及稳定性的设计。相关人员在对压力容器设计的过程中,在确保压力容器使用安全的情况下,选材的经济性是有必要考虑的。压力容器所具有的不同特点在于其工作介质、内直径、压力、温度等。压力容器的结构主要由筒体、封头、接管、法兰、支座以及密封元件等部件构成。如果压力容器在实际应用的过程中受到承压或者是其他外在因素的影响,若没有及时对其进行处理或者处理不当,则会导致十分严重的后果——爆炸,极大的威胁到工作人员生命及财产安全。此外,因为压力容器的自身因素影响,目前很多国家都对压力容器进行十分严格谨慎的检查,这也是很多国家当前最重视的事情之一。只有完全符合压力容器的相关标准,才能通过允许进入使用阶段。

2.方便性。作为施工中常用的产品,压力容器无论是在制作安装还是在操作维修上面,都需要保证其产品的方便性能,在保证产品质量的情况下,最大程度的减少复杂的构件,令其容器内部简单方便,这样不仅仅有利于基本工艺的生产,还能够保证施工中一旦出现问题,维修人员可以简单明了的发现问题,进行维修。从现有的压力容器中来看,对于其结构的简化已经有了一定的研究,这样的方式,对于压力容器未来的发展有着一定的促进作用,可以保证其发展更为迅速,使用更为普遍。

3.经济性。作为产品来说,有着最高性价比的生产方式是产品进入市场最为重要的方面,而压力容器因为其特殊的使用性质,所以在进行生产的过程中,需要对于使用原件的性能、价格进行对比,保证利用最经济的价格买到最优质的产品。在压力容器的设计过程中,需要通过对结构进行简化来保证它的经济性能,令之后的生产可以节约材料,最大限度的节省制造的基本成本。

4.预定使用寿命。在进行压力容器的设计过程指中,需要对于其使用寿命进行考虑。化工行业大量使用的压力容器,由于介质的腐蚀性、反应条件忽冷忽热、运输、使用、人为等问题,总会出现这样那样的损坏,介质的腐蚀尤为普遍。化工生产中一般有着腐蚀性材料的使用,会对压力容器产生了一定的腐蚀,令其基本元件的寿命大大的减小,所以,在压力容器设计的过程中,需要考虑腐蚀因素所带来的寿命缩减,保证每个压力容器原件都可以在预定寿命中进行使用。一般来说,设计中需要针对有着极强腐蚀性能的材料进行容器保护,增加抗腐蚀的原料(例如衬胶),保证其使用效果不会受到太大的影响。

二、压力容器的设计方法

现阶段,我国在压力容器的设计方法方面取得了一定的成绩,并形成了两种主要的压力容器设计方法:第一是严格依据国家相应的规范标准来进行设计工作;第二个是依据应力分析的方法来进行压力容器的设计工作。整体而言,两种设计方法各有利弊,在具体设计的过程中,应依据设计的基本要求和使用功能等,合理选用设计方法,确保压力容器能够安全、可靠、经济的运行。

1.常规设计方法。常规设计作为目前最常用的设计方法,简单易行,偏向于经验设计,它的理论基础是弹性失效准则。通过分析构件中的应力来确定构件的薄弱环节,当压力容器达到了最大的应力点,也就是达到了屈服极限从而转变为塑性的状态,也就是失去了纯弹性的状态。具体设计的时候,需要确定导致构件失效的原因和模式。在运用常规设计方法的时候,除了应考虑最大荷载力的作用,同时还应该综合考虑局部应力及温差的综合影响,若局部应力达到材料自身所能够承受的应力极限时,容器大部分区域仍然处于弹性状态下,此时已经屈服的局部区域受到周围弹性区域的影响,其变形量也不会进一步的增长,因此不会引起整个容器的失效。对于此类问题,常规设计方法往往很难达到实际效果。

2.应力分析设计方法。应力分析设计方法则摒弃了传统的弹性失效准则,其主要基于弹性应力分析、塑性失效准则、弹塑性失效准则理论的基础之上,并对压力容器的各种应力进行详尽的计算和分析,并进行合理的分类及控制。该设计方法相比较于常规设计方法而言,设计过程较为繁杂且费时间,但是该设计方法的安全性、科学性及可靠性却相对较高。伴随着不断增高的压力容器参数,以及高强钢的运用,加之近代计算机技术等的进步,应力分析使得很多问题得以有效解决,使得压力容器的设计结构更加完善。应力分析设计方法允许结构出现可以控制的局部塑性区域,相对合理的释放了以前过严限制的计算应力,同时对许用的应力值进行了适当的提高,有力的确保了结构的整体安全性能。应力分析设计方法的核心在于详尽分类压力容器中的各种应力,并依据其主次及影响程度等来确定产品的安全系数,进而确保压力容器产品的安全性及经济性。

三.关于压力客器设计方法的一些看法

为了实现压力容器的创新设计,企业应首先努力改善管理机制,为设计人才打造一个利于设计的良好氛围,确保与时俱进。同时,在设计的过程中。设计人员需遵循实事求是的原则,依据标准规范以及压力容器的实际使用情况,合理调整设计方法,并在设计生产环节中,采取多次试验的方法,以便于尽早发现问题,并有效解决问题。此外,在具体设计的过程中,还应该做好各个环节上的查漏补缺工作,以防各类不可预知危险的发生,促使压力容器的设计符合相应的规范标准,满足实际的生产需求。

压力容器是生产过程中必不可少的核心设备,是一个国家装备制造水平的重要标志。进行设计时这几个注意事项不容小觑,使用可靠性更是压力容器设计的重中之重。必须严格遵守国家行业规范和标准,以优代劣,在多种设计方案和途径中取其精华,去其糟粕,保障压力容器性能与质量。

参考文献:

[1]周昌巧,董明红.压力容器非概率可靠性设计方法.2016.

[2]张红艳,王彬玉.压力容器筒体可靠性设计研究.2017.

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