邱振雷

壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題思考

邱振雷

Point

隨著我們的工業(yè)生產(chǎn)需求的提高，對(duì)于壓力容器的需求量也日漸提高，但是由于我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)起步較晚，所以在壓力容器的設(shè)計(jì)上有很多問題還不夠完善，因此出現(xiàn)了很多技術(shù)上的問題，也有很多不合理的現(xiàn)象，這樣不僅為生產(chǎn)廠家?guī)砹撕芏嗖牧仙系睦速M(fèi)，而且將不成熟的技術(shù)投入到實(shí)際應(yīng)用中，也為使用者帶來了很多損失，而且由于壓力容器的特殊性，這種現(xiàn)象也帶來了很多安全上的問題。在本文中，作者結(jié)合多年從業(yè)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)壓力容器中存在的一些問題以及相應(yīng)對(duì)策進(jìn)行分析，希望在今后壓力容器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上盡可能的回避和解決這些問題，盡量使壓力容器在生產(chǎn)和使用中更加有效并且提升其安全性。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和逐漸與國(guó)際接軌，國(guó)內(nèi)的企業(yè)與國(guó)外企業(yè)交流也日趨頻繁，國(guó)外產(chǎn)品對(duì)國(guó)產(chǎn)商品的沖擊也越加強(qiáng)烈，所以在今后的中國(guó)市場(chǎng)中，產(chǎn)品質(zhì)量變得更加重要。所以說如果我們?cè)诮窈蟮氖袌?chǎng)中想要占據(jù)一席之地就必須要使我們的產(chǎn)品在實(shí)用性和安全性上更加突出，那么就要求壓力容器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造過程變得更加嚴(yán)格，但是由于我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)起步較晚，所以在壓力容器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上有很多問題還不夠完善，由于壓力容器的特殊性，在我國(guó)的相關(guān)規(guī)定中都制定了較為嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范及生產(chǎn)規(guī)范，但是這些規(guī)范所強(qiáng)調(diào)的大多是一些原則性的問題，比較概括，而對(duì)技術(shù)方面的要求則比較籠統(tǒng)，所以在壓力容器的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)員經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不能對(duì)壓力容器全面、透徹的理解，不能考慮到生產(chǎn)中存在的一些實(shí)際問題，甚至?xí)霈F(xiàn)一些設(shè)計(jì)上的問題等現(xiàn)象，這也就導(dǎo)致了我們?cè)O(shè)計(jì)的壓力容器在生產(chǎn)中出現(xiàn)一些技術(shù)型的問題，從而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。

1、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定

在壓力容器的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)參數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)，但是在壓力容器的設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)不同壓力容器或者不同位置時(shí)，所應(yīng)用的技術(shù)參數(shù)都是有著不同的含義，所以說是否能夠正確的理解和應(yīng)用技術(shù)參數(shù)、選擇技術(shù)參數(shù)是其中的關(guān)鍵性問題，這直接關(guān)系到壓力容器在生產(chǎn)中能否順利生產(chǎn)，并關(guān)系到生產(chǎn)中的成本問題，以及在之后的使用過程中能否更加有效、便捷及安全的使用。以下對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中比較重要的兩個(gè)問題進(jìn)行討論：

1.1 腐蝕裕量的定位

一般來說容器壁厚的腐蝕裕量都是以壓力容器預(yù)計(jì)的使用年限和容器中介質(zhì)對(duì)容器壁的腐蝕速率來計(jì)算。但是目前來看，在設(shè)計(jì)很多產(chǎn)品時(shí)，都沒有對(duì)相應(yīng)材料給出明確的腐蝕速率。因此，設(shè)計(jì)人員只能根據(jù)相應(yīng)材料在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)粗略的估算，但是由于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，材料的對(duì)比沒有什么問題，而在實(shí)際使用過程中，各種量的變化不能完整的體現(xiàn)出來，所以這種做法在壓力容器的設(shè)計(jì)和使用中會(huì)產(chǎn)生一些難點(diǎn)和一些安全隱患。因此必須要嚴(yán)格的確定各種材料的腐蝕裕量，并且要針對(duì)不同的工藝專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來要求或者在工程中明確表示出腐蝕速率。但是就腐蝕裕量的確定這一方面，在業(yè)內(nèi)還沒有達(dá)成共識(shí)，有的以取容器殼體腐蝕裕量的二分之一作為接管的腐蝕裕量; 有的則以全部容器殼體的腐蝕裕量作為接管的腐蝕裕量 ,但是如果用后者，則會(huì)出現(xiàn)薄壁接管的開孔補(bǔ)強(qiáng)能力不能滿足設(shè)計(jì)要求的問題，為了能夠使接管達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)要求，對(duì)于薄壁接管和小直徑接管，在這里還是建議采用厚壁管進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)措施。所以在今后的設(shè)計(jì)中，必須要對(duì)腐蝕裕量有一個(gè)明確的定位，或者說在相應(yīng)的環(huán)節(jié)上給出一個(gè)科學(xué)的變量關(guān)系，這樣才能更好的確定容器材料對(duì)于腐蝕裕量的應(yīng)用。

1.2 塔式容器穩(wěn)定性的問題

有關(guān)最大管線外徑確定的問題。在塔式壓力容器的設(shè)計(jì)中，由于塔式壓力容器主要受到水平方向的力，而其主要荷載來源則是風(fēng)力，由于水平方向的力不利于塔式容器的穩(wěn)定性，因此，在計(jì)算塔式容器的最大外徑時(shí)，它主要是水平分布在塔體的外部，所以說它也有一定固定塔體的作用，但是正因?yàn)檫@點(diǎn)，塔體外界管線所受到的力也會(huì)更大，由于外界管線受到的風(fēng)力會(huì)直接傳導(dǎo)到塔式容器上，使得塔體受到的水平方向更多的軸向彎曲力增大，所以可以看出，在設(shè)計(jì)塔體管線最大外徑中，直徑的大小會(huì)直接影響到塔體的穩(wěn)定性，如果設(shè)計(jì)的不合理，那么就會(huì)出現(xiàn)塔式容器在使用中出現(xiàn)穩(wěn)定性不足以滿足使用要求的現(xiàn)象，但是如果通過增強(qiáng)穩(wěn)定性的一些措施來解決這一問題，這樣就會(huì)產(chǎn)生因?yàn)樵O(shè)計(jì)方面的缺陷而增加生產(chǎn)費(fèi)用的現(xiàn)象

2、平蓋接管開孔補(bǔ)強(qiáng)直徑計(jì)算問題

壓力容器在設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)會(huì)在壓力容器的瓶蓋上開設(shè)圓孔，但是由于平蓋自身的作用和特點(diǎn)，會(huì)讓得開孔受到雙向拉力的作用，所以在開孔的邊緣，對(duì)接材料會(huì)受到雙倍的應(yīng)力，所以必須要采取開孔補(bǔ)強(qiáng)的相應(yīng)措施，也就是說要增加補(bǔ)強(qiáng)的原件或者增加平蓋的厚度來增強(qiáng)這一作用，一般來說平蓋都是采用內(nèi)插管與平蓋焊接在一起的技術(shù)，所以平蓋開孔的大小直接影響到補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度的計(jì)算，而在這一問題的計(jì)算上，往往會(huì)出現(xiàn)一些常識(shí)性的錯(cuò)誤，在我們正常的實(shí)際設(shè)計(jì)中，平蓋與接管的焊接結(jié)構(gòu)一般分為兩種，一種是全焊透結(jié)構(gòu)，一種是非焊透結(jié)構(gòu)，如果使用全焊透結(jié)構(gòu)的話，插管與平蓋可以看做是一個(gè)整體，在計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)措施時(shí)，使用的開口直徑和兩倍的管壁厚度相加之后的和，而對(duì)于非焊透技術(shù)來說，可以用接管的外徑加上兩倍的間隙的和計(jì)算，但是在實(shí)際的操作中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)問題計(jì)算錯(cuò)誤，考慮不到平蓋與接管的結(jié)構(gòu)特征，全都按非焊透結(jié)構(gòu)開孔進(jìn)行計(jì)算，由于開孔基準(zhǔn)直徑變小，在補(bǔ)強(qiáng)時(shí)需要增加的厚度也隨之減小，這就出現(xiàn)了補(bǔ)強(qiáng)措施不到位的情況出現(xiàn)，而忽略這一細(xì)節(jié)性的變化，在之后的計(jì)算中，必然會(huì)出現(xiàn)增加平蓋厚度的情況出現(xiàn)，如果設(shè)計(jì)人員沒能認(rèn)識(shí)到這一問題，在今后的使用中可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量上的問題，所以在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)中的實(shí)踐知識(shí)還是要有一定的了解。

3、管殼式換熱器中折流板和支持板的用途不明

在管殼式換熱器中，折流板和支持板是常用的兩種結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@兩種板的形式、大小和最小板厚等方面全都一樣，但是它們的作用和布置是不同的，折流板主要是起到無相變換熱的作用，來改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，通過這種方法來提高換熱器的換熱效率，板間距比較??；而支持板則不同，它的主要作用是有向的換熱過程，起支撐作用，主要是起到支撐換熱管的作用，使換熱器不超過其最大的無支撐跨度，以此來保證其安全性，所以支持板的間距比較大，但是在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員由于沒有實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，不能很好的透徹理解兩種板的作用，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將兩種板混淆的情況，這里面，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)為了穩(wěn)妥起見，將折流管當(dāng)做支持板使用，這就增加了額外的成本，所以說設(shè)計(jì)人員將這兩種板正確的理解和區(qū)分是減少不必要成本的要素。

4、耐壓試驗(yàn)的免除問題

耐壓試驗(yàn)免除的對(duì)象一般都是一些無法進(jìn)行壓力測(cè)試的、現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接的大型壓力容器，耐壓試驗(yàn)實(shí)際上是檢測(cè)壓力容器的質(zhì)量和安全性的重要環(huán)節(jié)，雖然取消了耐壓試驗(yàn)，但為了確保產(chǎn)品免除耐壓試驗(yàn)后的質(zhì)量和安全性，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理提高壓力容器的材料和化學(xué)成分的檢測(cè)要求是非常必要的問題，在焊接中，應(yīng)該盡量采用全焊接頭。

結(jié)束語

壓力容器的設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)的技術(shù)參數(shù)都是為其質(zhì)量和安全性服務(wù)的，所以技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過程中，一定要盡量避免技術(shù)型問題， 以保證我們?cè)O(shè)計(jì)出的壓力容器在質(zhì)量和安全上都能達(dá)到國(guó)際水平，同時(shí)提高生產(chǎn)效益，增加在今后市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

（作者單位：浙江宏濤機(jī)械有限公司）