浅谈压力容器设计过程中的不确定性因素范文

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摘要：近些年，社会在飞速的迈进，压力容器在工业生产的不同领域也得到很好的运用。压力容器相对比较特殊，若有不慎，便会滋生各种严重的爆炸事故，对群众的生命安全带来巨大的威胁。所以，有关部门或是企业应当对压力容器进行优化设计，改善容器品质和相关性能。经过长时间的实践，从业人员应当对压力容器设计中相关问题进行分析和概括，了解和采纳其他单位的成功经验，对压力容器作出更好地完善。今后，在多方的努力下，压力容器的品质也将有所提升。

关键词：压力容器；设计过程；不确定因素

1压力容器设计过程中的常见问题分析

1.1压力容器设计使用寿命问题

《固定式压力容器安全技术监察规程》认为：为避免由于压力容器用时太久，导致生产安全等系列问题，有关单位在设计图样中应当对该容器实际的使用年限（若为疲劳容器，需对其循环次数予以标注）进行标明[1]。旧版中，该项规定并非是强制的。针对该方面，设计人员也未引起过多的关注，在思考时也不是很彻底。通常，仅仅是根据经验或是惯例进行估计，未能分析对压力容器自身的寿命究竟有何种影响。选材、不合理操作或是材料性能等诸多因素，也尚未考虑其中。

1.2压力容器材料代用后的设计更改问题

结合压力容器的使用事项、条件或是用户需求，材料也在持续的变动之中。譬如：受力、耐腐以及容器自身的内应力等，均会发生明显的变动。上述变化，无疑对设计人员造成诸多的不便。材料若是出现变化，设计人员应当对容器受力作出二次计算。现实中，设计人员通常会在材料厚度下降时，对新材料原本的承受压力作出彻底地分析，观察其是不是可以符合相关条件。同时，还会作出彻底地计算或衡量。当材料厚度有所扩增，从薄慢慢变厚时，有些设计人员则很少会对其作出合理地计算。在他们看来，材料自身的承受压力同样也会有所提升。后种状态下，压力容器自身的壳体在受力上也会发生变动。容器壁，由于多项拉力可能会发生脆性断裂。此时，设计人员应当引起更多的关注。

1.3压力容器设计过程中的热处理问题

GB150.4-2011第8章规定的热处理中明确表示：钢板冷成形受压元件，大致有下列几种可能。盛装毒性相对较强的容器；图样上标注了液体有较强的腐蚀性；成形前，10%比例的碳钢或是低合金钢厚度不低于16mm；材料需进行冲击试验者，且变形率碳钢或是低合金钢占比在5%以上；奥氏体型不锈钢则控制于15%以上；成型后，需对其进行热处理，使材料拥有合格的性能[2]。很多设计单位均已明确：容器壳体应当满足相应的设计标准。实际设计时，很多人员却没有考虑该点。

1.4卧式容器鞍座选用时，未考虑温差引起的位移

若为4712标准鞍座，设计者经常会不关注容器自身的操作壁温、安装温度存在的差异，也没有对滑动鞍座螺栓孔长度L作出科学地核算，而是引入了标准鞍座。当容器自身的操作壁温和环境温度之间存在明显差异，螺栓孔长度则无法适应温度差异产生的位移。因此，设计者需考虑上述要点。若容器自身的操作壁温和环境温度之间有明显的差异，需结合容器圆筒金属温度以及两鞍座之间的距离，根据鞍座标准附录A来对螺栓孔长度L进行核算。另外，需按照鞍座各自的膨胀形式，以鞍座标准为基准完成安装。

2压力容器设计过程中的不确定度分析

为更好地判断设计裕度究竟可靠与否，我们需对设计中的各种不确定性作出量化。对壁厚的设计公式进行推导，对极限压力pmax进行计算时，理论上可能会存在各种不确定性。设计公式中，仅有内径Di或是设计压力pc这些定值为已知。所以，[σ]t、值同样可能导致设计公式出现明显的不确定性。

3压力容器设计中的常见问题及解决对策

压力容器的设计相对来说比较繁琐，需不同主体之间的协调和配合。下文中，笔者将围绕压力容器设计相关问题，提出具体的处理策略，希望对压力容器今后的设计带来帮助。

3.1使用年限设计的防范策略

根据压力容器自身的使用年限，设计人员应当结合行业要求作出统筹的分析。根据新版《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2009）及其各项要求来进行操作。上述，实际上是所有设计者应当坚持的职业操守。也就是：每张图纸中均需标注压力容器具体的设计使用年限。若要对压力容器自身的使用年限进行设计，从业人员应当对容器所处的环境、可靠性等进行分析，降低和排除不同的安全隐患。结合不同的使用材料，对压力容器自身的耐腐蚀性能力以及内外部压力差等进行计算，估量压力容器能够承受何种腐蚀性。由此，便可对其使用年限作出科学地测算。为保证使用年限自身的科学性，从业人员可尝试对恶劣的环境进行模拟，对压力容器本身的寿命进行测算。另外，设计者需对使用者潜在的不当操作进行分析。在设计图纸对应的地方，需设置安全提醒。同时，需对压力容器自身的使用条件作出改善，对其承力部件或是壁厚参数等加以测定，设计恰当的使用年限。

3.2设计材料变更的防范策略

对材料进行挑选时，从业人员应当对材料来源、特性或是力学属性等是否符合使用环境或是耐腐蚀性要求等进行分析。若用户希望对压力容器作出变更，则设计人员切不可单方面删减用材。相应地，需考虑材料扩增之后会带来哪些安全风险。譬如说：用户希望某个容器的厚度减小，设计人员则应当对容器自身的受力情况作出合理分析，降低容器能够承受的减薄程度。再譬如：用户希望容器的厚度增加，设计人员需关注变厚后不同方向上产生的拉应力，避免平面应变或是发生脆性干裂现象。对压力容器进行设计时，工作人员应当关注材料实际的变更，提出可靠的应对策略。

3.3气密性试验中存在问题的防范策略

为避免毒性介质发生外泄，工作人员应当开展必要的气密性试验。①试验前需接受液压试验，确保其液压达标。②气密性试验的实施活动中，应当确保全部的安全附件均得到可靠的安装，使试验过程更加安全。③需对气密性试验选择的气体进行适当挑选。最好为干燥或是清洁度比较高的空气或是氮气等常见的惰性气体。试验中，压力必须是缓慢上升，避免将压力骤然上升至某个高峰点。满足相应的压力位后，该压力应当持续10min上下，再次将其下降到设计位。接着，需对压力容器全部的焊缝或是连接处做好严格地检查。必要时，可考虑使用涂肥皂水。若压力容器未出现任何的泄露情况，那么可判断合格；若有少量泄露，需对压力容器作出有效地修补，并再次完成气密性试验。针对碳素钢或是低合金钢制作得到的压力容器，需对试验温度进行科学控制，不低于5℃。

3.4焊接接头无损检测相关问题的防范策略

对焊接接头来说，无损检验已有比较丰富的方法。然而，现实中，工作人员应当挑选最恰当的检验方法。通常，射线检测对气孔或是夹渣等多种缺陷比较敏感。但是对面状缺陷，则无法很好地检测。所以，对压力容器自身的缺陷作出无损检验时，我们应当根据现实情况作出有效地权衡。若选择多元化的检测方法来对相同位置作出检验，工作人员应当遵循相应的标准。相同标准，并适用于多种检测方法。若压力容器已经做好无损检验，工作人员应当对关键部位做好抽检，使检测结果更加科学。现代科技已有较好的进展，工作人员应当认真搞好科研，优化无损检测技术，借助物理技术的前沿成果，对无损检测技术进行科学定位；需引入无损检测相关的自动化技术，从根本上提升自动化水平。

4结语

压力容器在正式投入使用前，需历经设计、检验、试运行或是维修等诸多不同的环节。这其中，设计是比较关键的环节，应根据某种特定的标准完成。对压力容器进行设计时，均需根据行业规范或是最新版本进行。设计是否科学、恰当，直接牵扯到制造、检验等诸多环节的操作难度，对压力容器自身的制造、运转成本有很大影响，同时也决定了产品后期的运行状态。故此，工作人员应当关注材料、厚度以及性能的变更，提出可靠的应对策略。

参考文献

[1]杜秋华，谭云，巫宗萍，等.压力容器设计过程中的不确定性因素分析[J].机械设计与研究，2014（5）：94~95.

[2]周小玲.半球封头圆柱壳结构的塑性极限载荷分析[D].重庆交通大学，2015.

作者：叶超 单位：上海森松压力容器有限公司