劉紅虎

摘 要：近些年，有關(guān)規(guī)范如《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》指出，在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)判別類別主要按設(shè)計(jì)壓力、容積和介質(zhì)危害性三因素來決定，在設(shè)計(jì)分析中不再主要考慮材料強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)形式等因素，而是特別提出以壓力和容積的危害為主要因素，以其二者所構(gòu)成的氣相空間作為主要的技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)所產(chǎn)生的相關(guān)影響。

關(guān)鍵詞：壓力容器；容器設(shè)計(jì)；氣相空間

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.030

1 前言

在壓力容器設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，壓力容器能否安全運(yùn)行是至關(guān)重要的問題，而根據(jù)有關(guān)規(guī)范的要求，在壓力容器設(shè)計(jì)中以壓力、容積組成的氣相空間為主的技術(shù)指標(biāo)要求占有很大比重。壓力容器的設(shè)計(jì)觀念不斷變化與更新，分析設(shè)計(jì)已成為國際上壓力容器設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)，其無論是在國內(nèi)還是國外都得到了廣泛的應(yīng)用。分析設(shè)計(jì)比常規(guī)設(shè)計(jì)涉及了更多的壓力容積相關(guān)的力學(xué)知識(shí)。本文首先闡述了在設(shè)計(jì)中所需要注意的相關(guān)規(guī)范和要求，其主要針對(duì)的是氣相空間問題，同時(shí)對(duì)其中氣相空間問題的有關(guān)問題進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

2 壓力容器設(shè)計(jì)中對(duì)于氣相空間有關(guān)問題的探究

2.1 壓力容器設(shè)計(jì)中的氣相空間問題規(guī)范要求

在對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)過程的有關(guān)規(guī)定《容規(guī)》中有相關(guān)規(guī)范有：

（1）壓力，主要是指在正常工作狀態(tài)下，壓力容器的頂端所能達(dá)到的最大壓力值；

（2）容積，主要是指壓力容器理論上的幾何容積，一般在扣減去壓力容器內(nèi)部的永久連接部分的內(nèi)件體積下，由設(shè)計(jì)圖樣中標(biāo)注出的尺寸計(jì)算出的幾何容積；

（3）容器內(nèi)的物質(zhì)主要為液體，并且即使液體的最高工作溫度低于其沸點(diǎn)，同樣在規(guī)定允許的范圍內(nèi)。

容器在以下條件下適用于這個(gè)規(guī)定范圍：

（1）工作時(shí)的壓力不小于0.1Mpa；

（2）工作壓力和容積二者的乘積不小于2.5Mpa·L；

（3）當(dāng)容器中存放的物質(zhì)為氣體、液化氣或者滿足一定條件的液體。不管是超高壓或者非金屬甚至是簡單壓力容器都必須符合相關(guān)規(guī)定的要求。

首先要注意的是壓力，主要看工作壓力是否符合規(guī)范，其次要注意容積和壓力關(guān)系，其實(shí)質(zhì)上表示的就是此容器中物質(zhì)的內(nèi)能，即當(dāng)容器發(fā)生事故時(shí)可以放出的能量。隨著規(guī)定的改進(jìn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意一些已經(jīng)改動(dòng)的規(guī)定，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。有時(shí)候所謂的永久連接，就是指當(dāng)部件連接后，必須通過極端破壞才能進(jìn)行拆卸。遇到比較難計(jì)算的內(nèi)件體積時(shí)，最終由設(shè)計(jì)者來決定是否考慮內(nèi)件的體積。例如在根據(jù)一般的歸類方法，在計(jì)算殼程的容積時(shí)，需要舍棄掉換熱管的體積，相反的，在計(jì)算管程的容積時(shí)，就需要加上換熱管的體積。最后還需要注意容器內(nèi)的主要物質(zhì)是什么，大部分情況都可以認(rèn)為容器內(nèi)主要為氣體和潛在氣體。例如液化氣體一旦發(fā)生泄漏等問題，容器內(nèi)的介質(zhì)就會(huì)變?yōu)闅怏w，且爆炸威力極大。

2.2 壓力容器設(shè)計(jì)中對(duì)于氣相空間問題的有關(guān)問題

有些設(shè)計(jì)者對(duì)《容規(guī)》注1-4中的“氣相空間”概念的正確性提出了質(zhì)疑，他們懷疑到底是容器內(nèi)液面以上的氣態(tài)空間是氣相空間還是容器的總?cè)莘e是氣相空間，另外還有一種說法是：對(duì)于氣、液兩種介質(zhì)的空間，應(yīng)如何考慮容積問題？在本文的相關(guān)闡述中，我們需要明確，所謂的氣相空間，指的是容器內(nèi)的液態(tài)物質(zhì)最低液面上方的空間，而不是容器的總?cè)莘e。當(dāng)判斷壓力和容積的乘積是否歸入液相空間，要看其中的液態(tài)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)不高于其工作溫度時(shí)，則計(jì)入其中，反之則不計(jì)入其中，而且只考慮氣相空間所占的體積。，另外需要指出，只有在可以密閉的容器中才存在氣相空間，而且當(dāng)一個(gè)容器完全符合壓力容器的相關(guān)規(guī)范，在計(jì)算器容積時(shí)不能僅考慮氣相空間而當(dāng)取該容器的整個(gè)容積。

另外的主要問題是，規(guī)范中指出，在一個(gè)盛水容器中，當(dāng)工作壓力大于0.1Mpa時(shí)，怎么去判斷它是否受《容規(guī)》的要求，而且當(dāng)水充滿時(shí)和水不滿時(shí)有什么區(qū)別。首先需要知道的是，當(dāng)充滿水時(shí)，工作夜里大于0.1Mpa，會(huì)出現(xiàn)以下兩種狀況，其一，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)高于工作溫度，則此容器不收《容規(guī)》中規(guī)定的約束，其二，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)不高于工作溫度，且容器整體容積和壓力的乘積小于2.5Mpa·L時(shí)，也不在適用范圍內(nèi)，但大于、等于2.5Mpa？L時(shí)，則完全屬于本規(guī)程適用范圍。而當(dāng)壓力容器不充滿，工作壓力也同樣大于0.1Mpa時(shí)，也要分如下兩種情況：若水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)高于最高工作溫度，并且需要考慮到氣相空間，當(dāng)氣相空間的體積和壓力的乘積不小于2.5Mpa·L時(shí)，則適用于《容規(guī)》中的規(guī)定，反之就超出了其適用范圍。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)不高于工作溫度，并且容器的整體容積乘以工作壓力不小于2.5Mpa·L時(shí)，《容規(guī)》適用，反之則不適用。

3 結(jié)束語

壓力容器的設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的過程，在設(shè)計(jì)期間難免會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)要求不符合規(guī)定、理解不透等設(shè)計(jì)問題，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)出不符合相關(guān)規(guī)范的壓力容器，甚至?xí)l(fā)生安全問題，不論是在使用中，還是在制作中，都會(huì)對(duì)其附近的人們產(chǎn)生安全威脅，所以文章主要針對(duì)壓力容器的氣相空間相關(guān)問題規(guī)范與氣相空間設(shè)計(jì)問題的一些簡單探討，總結(jié)出一些相關(guān)的意見與建議，希望為廣大從業(yè)者提供一些設(shè)計(jì)思路，以期避免造成任何不必要的損失。

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