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[摘 要]压力容器是一种常用的特种工业设备，其常常要耐受高压、高温或低温、腐蚀，因此在进行压力容器的设计时要格外考虑安全性的问题。因而本文就目前压力容器设计中常见的几个问题进行了分析，并给出了相应的解决方法。
[关键词]压力容器；压力容器设计；问题解决
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0096-01
1 引言
压力容器是工业中常见的一种设备，在核电、煤化工、石油化工等领域有着广泛的应用。压力容器因其具有高压等物理特性，稍有不慎就可能造成人员的伤亡以及大量财产的损失，一直被列为特种设备，因而压力容器的设计要充分考虑到其安全性，设计的好坏对设备安全有着直接的影响。下面就压力容器设计中常见的一些问题及其解决方法进行分析。
2 压力容器设计中常见的问题
2.1 压力容器的使用寿命
我国最新出版的《固定式压力容器安全技术监察规程》中明确提出：为避免压力容器超期服役导致产生安全问题，设计制造单位应当在原设计图样中明确压力容器的设计使用寿命。而在旧版的规程中只建议标注出使用寿命。这表明国家越来越重视压力容器的使用寿命问题。但实际操作中，许多设计者对使用寿命的问题没有考虑周到，往往凭经验去标注使用寿命，而不是在科学地考虑材料的力学性能、腐蚀裕量、交变载荷的作用、违规操作以及恶劣的环境等重要因素的情况下去确定设备使用寿命。这就导致原设计图样中表明的使用寿命是不准确的，设备如果按照这个寿命来使用，存在安全上的隐患。
2.2 设计随材料变更
材料问题是压力容器设计中的一个关键点，材料一旦发生改变会对压力容器的性能造成影响，这是因为压力容器往往处于高温高压的工作环境下，材料的改变直接导致内部受力情况以及耐腐蚀程度的改变。而设备材料的选择通常会因用户要求、容器的使用周边环境、使用人员、容器大小与外观等因素而做出改变。作为设计者，当材料发生改变时，应对采用新材料后容易的受力情况以及新材料的耐腐蚀性作出检测评估。
但在实际的操作过程中，往往存在一些问题，例如当要求将材料容器壁的材料减薄时，设计人员会重新计算容器内的受力情况，但当要求将容器壁增厚时，大多数人却认为无需进行重新计算，但实际上，在容器壁变厚的情况下，会产生多向的拉应力，容易造成脆性断裂，同时也会产生一些新问题：原设计中选用的焊接要求、无损检测要求以及热处理要求都有可能发生相应的变化；壳体增厚，使得压力容器重力增加，可能造成容器支座与基础的受力问题；对于壳体兼做传热元件的压力容器，增加壳体厚度会降低传热效果。另外对压力容器壳体中的部分部件进行加厚，可能造成壳体的几何不连续，导致局部应力集中，进而造成应力腐蚀开裂等严重后果。加厚压力容器的主要换热器元件会打破原来平衡的力系，因而需要进行重新计算。
2.3 压力容器的热处理
热处理时一种传统的改善金属性能的方法。GB150.4-2011中规定对于碳钢以及低合金钢，成形后的厚度降低10%，钢板冷成形受压的元件等都需要热处理，以降低释放残余应力或恢复材料原来的性能。通常设计者都会对压力容器的壳体以及封头等部分金相热处理，却忽略了接管部位的热处理。
3 解决方法
3.1 使用寿命问题的解决方法
针对使用寿命问题，设计者要严格按照《固定式压力容器安全技术监察规程》中的相关要求进行设计，不能只凭经验来设计寿命，要注重科学的计算以及衡量，这就要求设计者对影响使用寿命的因素进行充分考虑。
首先，腐蚀是影响压力容器寿命的一大问题，压力容器同时受到应力以及腐蚀的作用，容器中裂纹的扩展是载荷循环与应力腐蚀共同作用的结果，并且应力腐蚀起着主要的作用，而疲劳作用又加快了应力腐蚀的速度，因此容器中裂纹扩展的方式与应力腐蚀裂纹的扩展方式相同，但扩展的速率比应力腐蚀快，因而设计者应当找出最大的腐蚀速度，以此为计算依据，结合受力分析与计算，确定压力容器的最大腐蚀裕量，然后通过这两个参数计算出使用寿命，即；另外，设计者还要综合考虑使用环境的影响，尽可能模拟出最差的环境，并依此确定使用寿命。在设计图纸时，设计者不仅要标注使用年限，还要注明应按照程序操作与使用压力容器以及使用条件，避免应使用者操作不当而降低使用寿命，这样才能确保压力容器使用过程中的稳定性与安全性。
3.2 设计随材料更改问题的解决方法
针对压力容器设计中，出现材料代用的情况，设计中应该高度重视厚板取代薄板的情况，从受力等角度科学分析以厚代薄对容器产生的不利影响，并加以消除。例如材料加厚之后封头与各个部位同主体之间的连接需要削平边角，以降低应力集中；还要考虑到连接部位套筒焊接时的应力变化。
钢制的压力容器设计上对材料力学性能上的要求，直观上考虑是看强度，实际上，主要重视的是韧性，尤其是钢材的塑性储备能，因而从压力容器选材的本意来讲，单纯增加厚度未必是好的，可能导致不良的影响。
3.3 压力容器热处理问题的解决方法
许多设计单位为了控制成本，设计压力容器接管部位时选用价格相对较低的碳钢或低合金钢，理论上是可行的，但是不能忽略后续的热处理。碳钢与低合金钢的钢板在冷成型后内部组织中的晶粒会产生破裂与各向异性，另外冷成型会增加钢板的强度与硬度，但塑性却大大降低。生产接管选用的钢板如果厚度越大，成形后直径越小，则冷却后内部组织的变化越大，硬化程度越高，容易形成裂纹，从而造成安全隐患。因此采用碳钢或低合金钢制备接管后，需要对其进行再结晶退火等热处理，提高塑性。
4 结语
使用寿命、材料及其热处理这三大问题是目前压力容器设计中主要存在的问题，设计人员在进行压力容器设计时应当以安全为首要原则，严格按照国家标准，全面考虑可能存在的问题，提高所设计的压力容器的可靠性。
参考文献
[1] 樊保龙，胡双启，张建忠，王秀丽.压力容器设计的一般要求及技术进展[J]. 工业安全与环保. 2007（04）.
[2] 付卫宾.探讨压力容器设计中的热处理问题[J].中国石油和化工标准与质量.2012（03）.
[3] 孙凌，周鲁光，黄绍华.压力容器制造中材料代用的探讨[J].油气田地面工程.2009（04）.
[4] 陆少柏，方成武，郝文生.压力容器设计使用寿命的探讨[J].中国化工装备. 2007（03）.
[关键词]压力容器；压力容器设计；问题解决
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0096-01
1 引言
压力容器是工业中常见的一种设备，在核电、煤化工、石油化工等领域有着广泛的应用。压力容器因其具有高压等物理特性，稍有不慎就可能造成人员的伤亡以及大量财产的损失，一直被列为特种设备，因而压力容器的设计要充分考虑到其安全性，设计的好坏对设备安全有着直接的影响。下面就压力容器设计中常见的一些问题及其解决方法进行分析。
2 压力容器设计中常见的问题
2.1 压力容器的使用寿命
我国最新出版的《固定式压力容器安全技术监察规程》中明确提出：为避免压力容器超期服役导致产生安全问题，设计制造单位应当在原设计图样中明确压力容器的设计使用寿命。而在旧版的规程中只建议标注出使用寿命。这表明国家越来越重视压力容器的使用寿命问题。但实际操作中，许多设计者对使用寿命的问题没有考虑周到，往往凭经验去标注使用寿命，而不是在科学地考虑材料的力学性能、腐蚀裕量、交变载荷的作用、违规操作以及恶劣的环境等重要因素的情况下去确定设备使用寿命。这就导致原设计图样中表明的使用寿命是不准确的，设备如果按照这个寿命来使用，存在安全上的隐患。
2.2 设计随材料变更
材料问题是压力容器设计中的一个关键点，材料一旦发生改变会对压力容器的性能造成影响，这是因为压力容器往往处于高温高压的工作环境下，材料的改变直接导致内部受力情况以及耐腐蚀程度的改变。而设备材料的选择通常会因用户要求、容器的使用周边环境、使用人员、容器大小与外观等因素而做出改变。作为设计者，当材料发生改变时，应对采用新材料后容易的受力情况以及新材料的耐腐蚀性作出检测评估。
但在实际的操作过程中，往往存在一些问题，例如当要求将材料容器壁的材料减薄时，设计人员会重新计算容器内的受力情况，但当要求将容器壁增厚时，大多数人却认为无需进行重新计算，但实际上，在容器壁变厚的情况下，会产生多向的拉应力，容易造成脆性断裂，同时也会产生一些新问题：原设计中选用的焊接要求、无损检测要求以及热处理要求都有可能发生相应的变化；壳体增厚，使得压力容器重力增加，可能造成容器支座与基础的受力问题；对于壳体兼做传热元件的压力容器，增加壳体厚度会降低传热效果。另外对压力容器壳体中的部分部件进行加厚，可能造成壳体的几何不连续，导致局部应力集中，进而造成应力腐蚀开裂等严重后果。加厚压力容器的主要换热器元件会打破原来平衡的力系，因而需要进行重新计算。
2.3 压力容器的热处理
热处理时一种传统的改善金属性能的方法。GB150.4-2011中规定对于碳钢以及低合金钢，成形后的厚度降低10%，钢板冷成形受压的元件等都需要热处理，以降低释放残余应力或恢复材料原来的性能。通常设计者都会对压力容器的壳体以及封头等部分金相热处理，却忽略了接管部位的热处理。
3 解决方法
3.1 使用寿命问题的解决方法
针对使用寿命问题，设计者要严格按照《固定式压力容器安全技术监察规程》中的相关要求进行设计，不能只凭经验来设计寿命，要注重科学的计算以及衡量，这就要求设计者对影响使用寿命的因素进行充分考虑。
首先，腐蚀是影响压力容器寿命的一大问题，压力容器同时受到应力以及腐蚀的作用，容器中裂纹的扩展是载荷循环与应力腐蚀共同作用的结果，并且应力腐蚀起着主要的作用，而疲劳作用又加快了应力腐蚀的速度，因此容器中裂纹扩展的方式与应力腐蚀裂纹的扩展方式相同，但扩展的速率比应力腐蚀快，因而设计者应当找出最大的腐蚀速度，以此为计算依据，结合受力分析与计算，确定压力容器的最大腐蚀裕量，然后通过这两个参数计算出使用寿命，即；另外，设计者还要综合考虑使用环境的影响，尽可能模拟出最差的环境，并依此确定使用寿命。在设计图纸时，设计者不仅要标注使用年限，还要注明应按照程序操作与使用压力容器以及使用条件，避免应使用者操作不当而降低使用寿命，这样才能确保压力容器使用过程中的稳定性与安全性。
3.2 设计随材料更改问题的解决方法
针对压力容器设计中，出现材料代用的情况，设计中应该高度重视厚板取代薄板的情况，从受力等角度科学分析以厚代薄对容器产生的不利影响，并加以消除。例如材料加厚之后封头与各个部位同主体之间的连接需要削平边角，以降低应力集中；还要考虑到连接部位套筒焊接时的应力变化。
钢制的压力容器设计上对材料力学性能上的要求，直观上考虑是看强度，实际上，主要重视的是韧性，尤其是钢材的塑性储备能，因而从压力容器选材的本意来讲，单纯增加厚度未必是好的，可能导致不良的影响。
3.3 压力容器热处理问题的解决方法
许多设计单位为了控制成本，设计压力容器接管部位时选用价格相对较低的碳钢或低合金钢，理论上是可行的，但是不能忽略后续的热处理。碳钢与低合金钢的钢板在冷成型后内部组织中的晶粒会产生破裂与各向异性，另外冷成型会增加钢板的强度与硬度，但塑性却大大降低。生产接管选用的钢板如果厚度越大，成形后直径越小，则冷却后内部组织的变化越大，硬化程度越高，容易形成裂纹，从而造成安全隐患。因此采用碳钢或低合金钢制备接管后，需要对其进行再结晶退火等热处理，提高塑性。
4 结语
使用寿命、材料及其热处理这三大问题是目前压力容器设计中主要存在的问题，设计人员在进行压力容器设计时应当以安全为首要原则，严格按照国家标准，全面考虑可能存在的问题，提高所设计的压力容器的可靠性。
参考文献
[1] 樊保龙，胡双启，张建忠，王秀丽.压力容器设计的一般要求及技术进展[J]. 工业安全与环保. 2007（04）.
[2] 付卫宾.探讨压力容器设计中的热处理问题[J].中国石油和化工标准与质量.2012（03）.
[3] 孙凌，周鲁光，黄绍华.压力容器制造中材料代用的探讨[J].油气田地面工程.2009（04）.
[4] 陆少柏，方成武，郝文生.压力容器设计使用寿命的探讨[J].中国化工装备. 2007（03）.