摘 要：現(xiàn)如今，很多工藝裝置積極朝著大型化方向進(jìn)軍，壓力容器與其管道壓力、溫度水平逐漸提升，內(nèi)徑與壁厚相應(yīng)增加。分析壓力容器設(shè)計(jì)與其管道應(yīng)力情況，是工業(yè)領(lǐng)域中的重大課題之一。文章首選闡述了鋼制壓力容器的設(shè)計(jì)概況，其次分析比較了壓力容器設(shè)計(jì)與其管道應(yīng)力，最后對容器與管道應(yīng)力類別作出劃分。

關(guān)鍵詞：鋼制壓力容器;壓力管道;應(yīng)力;對比分析

很多人員在實(shí)踐中，對鋼制壓力容器設(shè)計(jì)、鋼制管道應(yīng)力兩者持有較強(qiáng)的好奇心，兩者的確具有一定相似之處，其中部分是可以等同的，但是其間所存在的差異性也不應(yīng)該被忽視，應(yīng)拓展對其研究的深度，進(jìn)而能更全面掌握其內(nèi)、外部多方面存在的異同。鑒于此，本文作出如下分析內(nèi)容。

一、鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)

和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)作比較，鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)更具特色，將周密化的應(yīng)力分析報告設(shè)為設(shè)計(jì)實(shí)踐憑據(jù)，材料選擇與工藝質(zhì)量監(jiān)測是基礎(chǔ)保障，并且還聯(lián)合了現(xiàn)代分析計(jì)算工具及實(shí)驗(yàn)技術(shù)。分析設(shè)計(jì)快速、有效發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要積極與數(shù)值分析法、板殼理論等相整合。壓力容器行業(yè)歷經(jīng)數(shù)年實(shí)踐，對容器失效本質(zhì)有更深入的認(rèn)識，將此設(shè)為基礎(chǔ)，能更有效的處理性質(zhì)存在區(qū)別的應(yīng)力，并在降低安全系數(shù)方面也能提供一定參考[1]。鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)進(jìn)程中，可能會與多種失效模式之間建設(shè)相關(guān)性。通過全面分析各要素的形式，針對其應(yīng)力強(qiáng)度提出更科學(xué)的約束條件，這在很大程度上能規(guī)避失效模式。

二、對比壓力容器設(shè)計(jì)與其管道應(yīng)力分析

在科學(xué)及時日新月異的大背景下，大型化逐漸演變成全球工業(yè)發(fā)展的主流方向，實(shí)質(zhì)上就是踐行大規(guī)模、高壓、高溫的路線。將應(yīng)力分析法用于大型化壓力容器中體現(xiàn)出良好效能，有益于提升相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。例如，一個加氫反應(yīng)器單體對應(yīng)的重量為1000 t，若能使用分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)，則和常規(guī)方法設(shè)計(jì)情況相比較，減重率能達(dá)到20.0%，能明顯減少資金數(shù)額的投入量，投入成本大概在1 000～1200萬元區(qū)間內(nèi)取值。

最近幾年中，應(yīng)力分析法在壓力容器及其管道內(nèi)的應(yīng)用范疇持續(xù)拓展，使用頻次也有增加?，F(xiàn)階段，我國相關(guān)部門針對壓力容器擬定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但壓力管道方面尚未形成相關(guān)規(guī)范，這在無形中對管道應(yīng)力分析工作的開展形成一定約束，僅能分析局部應(yīng)力，但是實(shí)現(xiàn)對管道應(yīng)力的整體分析是有很大必要性的。在分析管道應(yīng)力過程中，可以從如下兩個方面著手[2]：

（1） 靜力分析：其主要涵蓋三個部分：①計(jì)算管道一次應(yīng)力，這是以壓力、重力等載荷作用為基礎(chǔ)而達(dá)成的，這在很大程度上能減少或規(guī)避塑性變形的情況;②在熱脹冷縮和端點(diǎn)附加位移載荷的雙重作用下，實(shí)現(xiàn)對二次應(yīng)力對應(yīng)指標(biāo)的較精確計(jì)算，其有益于規(guī)避疲勞破壞的情況;③計(jì)算管道對機(jī)器與設(shè)備作用力，其在機(jī)器常態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方面發(fā)揮重要的保障性作用。

（2）動力分析：同樣包括三個部分，①分析往復(fù)壓縮機(jī)管

道氣柱的固定頻率，其有益于降低氣柱共振情況的發(fā)生率;②分析往復(fù)壓縮機(jī)管道壓力脈動，這是有效調(diào)控壓力脈動指標(biāo)的有效方法之一;③分析管道固有頻率，其有助于降低管道系統(tǒng)共振現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險。

三、鋼制壓力容器及其管道應(yīng)力類型的規(guī)劃

在鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)與壓力管道應(yīng)力分析進(jìn)程中，采用的方法依次是厚壁與薄壁模型，薄壁假定不同應(yīng)力順沿管壁均勻分布，而沒有給予彎曲應(yīng)力指標(biāo)一定重視，過往常規(guī)方法設(shè)計(jì)壓力容器時也是以該種假設(shè)為支撐進(jìn)行的;厚壁假定不同應(yīng)力伴隨容器壁厚度的改變會作出相應(yīng)變化，存有彎曲應(yīng)力。故而，若能采用厚壁假設(shè)去分析應(yīng)力，則過程更具嚴(yán)謹(jǐn)性，還有益于提升分析結(jié)果的精確度。依照結(jié)合IASME B 31. 3中作出的相關(guān)規(guī)定[3]，若檢測到管道的公稱壓力>42MPa，薄壁模型已不具有適用性，建議應(yīng)用高壓管道對應(yīng)的分析校核準(zhǔn)則。

因?yàn)椴煌瑧?yīng)力對損傷破壞形成的影響存在一定差異，故而促進(jìn)了應(yīng)力分類校核方法的產(chǎn)出過程，鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)及壓力管道應(yīng)力分析過程中，均嚴(yán)格秉持等安全裕度的規(guī)則進(jìn)行。在壓力容器分析設(shè)計(jì)進(jìn)程中，針對各種應(yīng)力作出的定義有如下：

（1）一次應(yīng)力：是平衡壓力與自體機(jī)械載荷，一次應(yīng)力又可以被細(xì)化為一次整體應(yīng)力（Pm）及局部薄膜應(yīng)力（Pi）、一次彎曲應(yīng)力（Pb）;

（2）二次應(yīng)力（Q）：為迎合外界管束條件或結(jié)構(gòu)自體性狀連續(xù)改變的需求，即所必需的

法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。邊緣及溫度對應(yīng)的應(yīng)力等是二次應(yīng)力的主要類型;

（3）峰值應(yīng)力（F）：因?yàn)榫植拷Y(jié)構(gòu)連貫性欠缺或在局部熱應(yīng)力作用下而形成的附加于一與二次應(yīng)力上的應(yīng)力增加量。

在壓力容器分析設(shè)計(jì)進(jìn)程中，可以將應(yīng)力細(xì)化為如下五種類型：Pm、Pi、Pb、Q、F。在分析管道應(yīng)力過程中，也有部分研究人員將其細(xì)化為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力兩類，其對應(yīng)的概念和壓力容器分析設(shè)計(jì)內(nèi)的定義大體一致，但是沒有細(xì)分，是Pm、Pi、Pb，缺少F對應(yīng)的概念。對其成因進(jìn)行分析，可能是在壓力管道應(yīng)力分析中使用了薄壁假設(shè)的緣故。

四、結(jié)束語

從理論層面上分析，和壓力管道應(yīng)力分析標(biāo)準(zhǔn)做比較，壓力容器分析設(shè)計(jì)更具周密性，兩者側(cè)重點(diǎn)存在一定差異，前者重點(diǎn)是分析整個管系應(yīng)力與柔性，后者分析重點(diǎn)集中在局部。壓力增大系數(shù)方法在以上分析領(lǐng)域中體現(xiàn)出良好的實(shí)用價值，體現(xiàn)出操作過程簡易、切合實(shí)況及運(yùn)作效率高等優(yōu)勢，不僅能保證裝置運(yùn)行過程的安全性，還能將其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮出來，這也是進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張偉娜.立式液壓端蓋自動啟閉壓力容器設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019，14（04）：58-59.

[3]張東輝，吳肖涌，汪鈺，等.淺談空氣純化器的設(shè)計(jì)制造及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[J].中國特種設(shè)備安全，2018，34（09）：85-89.

作者簡介：

白都都（1987-），性別：男，籍貫：河南省洛陽市人，民族：漢，職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)、鋼制壓力容器分析、設(shè)計(jì)、制造。