化工压力容器设计及不安全因素分析
发布时间：2020-06-30
摘要：压力容器广泛应用于工业企业，为化工企业的生产经营提供帮助。化工压力容器在设计阶段有两个非常重要的因素，分别是温度和压力，只有按照相关的规定进行合理设计，在安全状态下将压力容器的压力值做到合理化，操作温度与设计温度接近，才能提高化工压力容器使用过程中的可靠性和实用性，为化工企业带来更多的经济效益。下面将对压力容器的设计进行概述，并结合无深环焊缝多层包扎式氨合成塔、三套管式废热锅炉及可控移热变换反应器的设计经验，分析化工压力容器设计的不安全因素并提出相应的解决措施，促进化工企业的各项工作安全顺利进行。
关键词：不安全因素;化学压力容器;设计
引言
化工压力容器是在化工行业中广泛应用的一种承压设备，它使用的环境一般较为恶劣，如需要承受较高的温度和压力，承载的内容物为有毒有害物质、易燃易爆品或者是具有较强腐蚀性的样品，这些条件就决定了化工压力容器需要较高的质量要求，需要具备极高的安全性。因此，在进行化工压力容器设计时需要综合考虑各化工行业企业的生产要求与特点，从设计方法上进行改进，更好的设计出耐酸碱腐蚀、承压性能良好的压力容器，助力化工行业的发展。
1压力容器设计的概述
压力容器在设计阶段根据设计方式的不同，安全系数的范围也具有一定的差异，利用规则设计方法，压力容器的抗拉强度安全系数大概在2.7左右，利用分析设计方法的压力容器安全系数有所降低。为了能够降低压力容器的资源消耗量，实现化工压力容器设计的绿色化，相关的压力容器材料市场不断进行材料革新，通过材料和技术的进步使得压力容器设计阶段的安全系数有所降低，逐渐实现压力容器设计的轻便化。合理调整压力容器组建过程中的焊接技术，对压力容器的组装材料进行质量检验，逐渐提高压力容器设计过程的节能效果，在进行压力容器的设计的时候，应该尽量将结构设计地合理和简洁，在满足质量和压力性能的前提下优化压力容器的组件，进行压力容器整体构造的合理设计，才能更好地为化工企业的生产服务。
2化工压力容器设计不安全因素
鉴于使用的环境，化工压力容器的设计要求严格选择材料，包括材料的承压能力、对温度的敏感性、材料之间的焊接、加工工艺对材料的影响等。但为了降低生产过程中的成本，生产企业只考虑材料经济性，忽视压力容器的质量要求，选择经济性能高、价格低的材料进行生产，在使用过程中会产生安全隐患。此外，由于使用环境恶劣，压力容器易受酸碱腐蚀。劣质材料制造的压力容器不能满足使用要求或降低使用寿命。
设计过程管理在化工压力容器的设计管理中，设计者对设计过程管理体系的遵从性缺乏概念，导致该体系被视为装饰，没有系统的遵从性，缺乏规范化的设计思路。此外，设计人员缺乏相关专业知识和实践认知，设计水平较低，对设计后安装、调试和使用过程中存在的问题认识不足，导致压力容器的设计不符合化工企业的要求，影响压力容器的产化工压力容器的分类与设计要求在进行化工压力容器的设计前，需要综合考虑客户的需求、制造使用的材料、容器的结构、安全性、使用环境、容器盛装的物质等因素，综合协调各种因素之间的关系，确保压力容器满足化工生产与使用的要求。目前，常用的设计方法包括常规与分析法两种。常规的设计方法是利用弹性设计准则，计算压力、许用应力、容器尺寸之间的关系是通过壳体薄膜理论或材料力学推导而来的，设计中的关键点是设计方法、载荷和许用应力，它属于经验设计方法，对压力容器进行结构设计、选材使用、工艺制作等，始终控制局部应力，选用安全系数高的许用应力，重视弹性失效问题，提高设计的安全性。分析设计方法是基于应力分析数据，采用优良的选材与工艺标准，秉承塑性失效与弹塑性失效的准则，分类汇总应力并逐一分析计算各应力，针对不同的应力产生与破坏应力的形式，设计不同的元件厚度来应对。避免了应力设计中存在的各种不安全因素，并减少了材料的浪费，通过应力针对性设计，降低材料发生塑性变形的可能性，提高压力容器的载荷性能，因此，该技术在化工压力容器的设计中被广泛的使用。
一般情况下，在热处理、气缸和储气罐的设计中，成型后合成钢的厚度会减小。通过对钢板冷压成形件的热处理，提高了材料的原始性能。在压力容器的设计中，容器壁和封头的热处理容易受到重视，而喷嘴的热处理往往被忽略，导致材料变形，影响使用寿命。在分汽缸设计中，经常出现出汽口与进汽口距离设计偏差，导致分汽缸停滞。但储气罐的设计并没有根据压力要求进行合理的材料选择和尺寸设计，从而降低储气罐的抗压性能。
分类化工压力容器是一种密闭装置，具有较高的承压能力，可以用来储存化工产品，主要是液体与气体的储存。按承压力能力划分压力容器可分为超高压型、高压型、中压型、低压型四种;按存储内容物的类别可划分为无毒型、有毒型、剧毒型等;按容器生产工艺划分为热交换型、分离型、贮运型、反应型四种。不同类型与功能的化工压力容器，设计原理与方法不同，但在使用过程中也会出现各种问题，影响容器的使用，并对化工行业造成不利的影响，因此，需要重视压力容器的设计。
3提升化工压力容器设计安全性
3.1延长使用年限与重视细节设计
在进行化工压力容器设计时，需要设计人员熟悉设计要求与相关的技术标准，通过先进的设计技术与方法，根据压力容器的使用目的、腐蚀速率等计算出容器的使用寿命，选用腐蚀速度慢、性能良好的材料，设计时考虑各种使用影响因素，从而在科学的基础上合理的延长使用时间。细节设计是设计人员经常忽略的问题，如压力容器的接管、封头等元件的热处理问题，需要良好的设计与编排，可提升容器的使用寿命。处理好细节设计，避免出现压力容器设计的短板，确保容器的安全性。
3.2提升设计人员设计水平
设计人员的设计水平是整个化工容器的关键环节，通过加强设计人员的企业制度的培训，提升设计人员遵守管理制度的意识。通过聘请专业技术人员对本企业的设计人员进行技术培训，培训的内容应尽可能的全面，包括专业知识、压力容器安装、维修、加工工艺等。
3.3材料变化与热处理
压力容器设计过程需要注意材料的选择与使用，特别是不同材料的更换与连接问题，不同厚度的钢板之间相互连接，特别是加厚封头与壳体之间的连接过程，需要对封头进行削边处理，因板材厚度变化会导致焊接口应力增加，降低产品质量，因此，在设计时需要避免设计板材的变化，以得到准确的应力预测值，确定压力容器的使用品质与时长。对于塑性差、硬度大的钢板会产生较大的变形、裂痕等，因此，需要通过热处理来降低变形发生的可能性，可在冷成型工艺之后增加退火工艺，提升钢板的塑性与强度。
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结语
总之，压力容器是化工行业必备的设备，需要设计人员严格、精心的设计，通过影响设计综合因素的考虑，来提升化工压力容器的性能，解决使用过程的问题，提升容器的安全可靠性。——论文作者：魏文伟
