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[摘 要]随着我国经济的快速发展和科学技术的进步，压力容器在我国的各个行业都得到了广泛的运用。压力容器作为特种承压设备，使用工况相当复杂，怎样改善和提高压力容器的设计制造水平是人们重点研究的问题。本文针对压力容器的设计和制造技术进行简要的介绍。
[关键词]压力容器；设计；制造
中图分类号：TQ 050.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0105-01
压力容器一般盛装有毒且易燃易爆的介质，在高温高压及腐蚀作用下，压力容器容易发生失效破坏，甚至发生爆炸，严重威胁企业的安全生产和人们的生命安全。所以在我们设计和制造压力容器的过程中，要严格把关并不断改进其设计制造技术以提高压力容器的安全可靠性和延长使用寿命。
1.压力容器的设计要求及其技术的发展方向
1.1 设计压力容器的基本步骤
⑴确定容器类别：容器类别的划分在国家质量监督检验检疫总局颁发的《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称固容规）附录A有详细的规定，压力容器类别的划分应当根据介质特性，按照附录A要求选择类别划分图，再根据设计压力p（单位：MPa）和容积V（单位L），标出坐标点，确定压力容器类别；
⑵确定设计压力：根据容器的最高工作压力来确定相应的设计压力，设计压力一般取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。至于是取1.05还是取1.10，就取决于介质的危害性和容器所附带的安全装置。介质无害或装有安全阀等就可以取下限1.05，否则就取上限1.10；
⑶确定设计温度一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器环境温度而得；
⑷确定几何容积。按结构设计完成后的实际容积填写即可；
⑸确定腐蚀裕量。由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量；
⑹确定焊缝系数；
⑺主要受压元件材质的确定。材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。
1.2 设计压力容器必须具备的条件
设计的压力容器要保证能够安全可靠的运行。众所周知，石油化工中有很多的物料具有腐蚀性和毒性，更重要的是很多材料具有易燃性，引起火灾爆炸的可能性很大。所以，必须重视其安全可靠性的设计，也应该考虑到在腐蚀、异常高低温以及疲劳载货情况下，它也能够安全运行。
压力容器使用寿命的设计，对此要有十分正确的把握。受腐蚀性物质的影响，压力容器的使用寿命经常会比预先设计的要短，尤其是在石油化工业。所以，必须在设计中留有相应的腐蚀裕量，同时，尽量选择耐腐蚀性的材料作为压力容器的壳体，另外，在设计中采用相应的防腐措施也是必不可少的。
设计应该便于制造安装和操作维修。设计应该兼顾压力容器的各个其他环节，才能保证安全性，结构越简单就会越容易制造和对设备进行检测，即使产品的某些缺陷超标了，也能够在最快的时间内被发现，并且予以消除。
为了能够实现经济效益，当压力容器的设计各项指标都满足要求时，应该尽量采用结构简单和节约贵重材料的方案，降低制造的成本。
1.3 压力容器设计技术的进展
应力和应变的分析与评定：对压力容器进行应力和应变进行分析和评定是压力容器常规设计以外的更为先进的设计技术，其中的关键是能够运用相关的分析方法对压力容器的强度进行比较全面的校核。应力不同，重要性也各不相同，因为不同的应力对容器造成的破坏也不同，从而也形成了各种不同的容器失效形式。有限元分析设计能更好的反映容器的各部位实际应力以及应变的情况。
⑴塑性失效设计。塑性失效的设计基础是弹塑性理论，其设计的准则是：可以允许局部薄膜的应力和弯曲应力的应力强度有较大的许用数值，也就是能够容忍局部的塑性变形，压力容器仍然不会失效。
⑵疲劳设计。所谓容器的疲劳是指在反复的交变载荷作用下，材料遭到破坏，此时并没有明显的塑性变形。压力容器的制造朝着大型化的趋势发展，高强度低合金钢也慢慢投入生产中，这些材料在制造过程中造成裂纹和未知缺陷的可能性很大，使得因为疲劳导致的破坏概率上升。压力容器的疲劳问题典型的特点是受到很大应力的作用，最大应力甚至会超过材料的服极限两倍，并且失效的循环次数比较低。因此，疲劳问题逐渐被人们所重视。
⑶概率设计。概率设计方法发展于近代，以数理统计为基础，它在压力容器的设计中能够起到对容器进行全面评价的作用，包括安全程度的评估和经济合理性的判断。
2.压力容器制造的过程及其技术的发展方向
2.1 压力容器的制造工序
压力容器制造工序一般可以分为：原材料验收工序、划线工序、切割工序、除锈工序、机加工（含刨边等）工序、滚制工序、组对工序、焊接工序（产品焊接试板）、无损检测工序、开孔划线工序、总检工序、热处理工序、压力试验工序、防腐工序。
不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。
2.2 压力容器制造中常用的技术标准
在编制工艺时，熟悉各项标准是编制正确而合理的工艺的前提下，针对压力容器在制造中常用的标准及规范进行简要阐述：
《固定式压力容器安全技术监察规程》界定了压力容器的范围并进行了分类，即哪些容器受质量技术监督局监检，从材料、设计、制造、安装、使用、定期检验等方面进行规定。其中第四章关于制造的内容从通用要求、焊接、试板、外观要求、无损检测、焊后热处理、试压试漏等几方面作了规定。
GB150《压力容器》适用设计压力≤35MPa的钢制容器，对压力容器的焊缝进行了分类。其GB150.4-2011第4部分“制造、检验与验收”中，从总则、材料复验、分割与标志转移、冷热加工成形与组装、焊接、热处理、试件与试板、无损检测、耐压试验和泄漏试验几个主要方面进行具体规定。
2.3 压力容器制造技术的发展方向
随着科学技术的发展，压力容器制造技术的水平越来越高，其制造进展主要表现在三个方面。
⑴压力容器向大型化发展。大型化的压力容器可以节省材料、降低投资、节约能源、提高生产效率、降低生产成本。
⑵压力容器用钢的发展。由于压力容器的大型化以及生产过程中的工艺条件越来越苛刻，导致对压力容器用钢的要求日益严格，因而促使材料技术不断发展，在要求钢材强度越来越高的同时，还要求改善钢材的抗裂性和韧性指标。
⑶压力容器制造方法的发展。传统的压力容器制造方法主要有锻造式、卷焊式、包扎式、热套式等方法，1981年德国首次推出了焊接成形技术的新方法——采用多丝埋弧焊法制造压力容器。这一新技术，既能保证合理的焊缝成形和良好的焊接质量，又可提高焊接速度，大大促进了压力容器的发展。
3.结语
今后，压力容器的发展趋势是大型化、高参数、多品种，对其制造技术的要求也越来越高。为了适应我国经济的发展和国内外市场的激烈竞争，我国要不断的提高压力容器的制造技术水平，朝着高度的机械化、集约化、大型化的方向发展。
参考文献
[1] 段哲军.应力分类和压力容器设计的发展.中国氯碱，2005（8）：39-41.
[2] 余国琮.化工机械工程手册（上卷）[R]北京：化学工业出版社，2003：1012-1019.
[3] 固定式压力容器安全技术监察规程[M].北京新华出版社，2009.
作者简介
李国华（1971-）男，汉族，江西省南昌市人，1994年江西南昌大学本科毕业，化工机械专业。
[关键词]压力容器；设计；制造
中图分类号：TQ 050.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0105-01
压力容器一般盛装有毒且易燃易爆的介质，在高温高压及腐蚀作用下，压力容器容易发生失效破坏，甚至发生爆炸，严重威胁企业的安全生产和人们的生命安全。所以在我们设计和制造压力容器的过程中，要严格把关并不断改进其设计制造技术以提高压力容器的安全可靠性和延长使用寿命。
1.压力容器的设计要求及其技术的发展方向
1.1 设计压力容器的基本步骤
⑴确定容器类别：容器类别的划分在国家质量监督检验检疫总局颁发的《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称固容规）附录A有详细的规定，压力容器类别的划分应当根据介质特性，按照附录A要求选择类别划分图，再根据设计压力p（单位：MPa）和容积V（单位L），标出坐标点，确定压力容器类别；
⑵确定设计压力：根据容器的最高工作压力来确定相应的设计压力，设计压力一般取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。至于是取1.05还是取1.10，就取决于介质的危害性和容器所附带的安全装置。介质无害或装有安全阀等就可以取下限1.05，否则就取上限1.10；
⑶确定设计温度一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器环境温度而得；
⑷确定几何容积。按结构设计完成后的实际容积填写即可；
⑸确定腐蚀裕量。由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量；
⑹确定焊缝系数；
⑺主要受压元件材质的确定。材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。
1.2 设计压力容器必须具备的条件
设计的压力容器要保证能够安全可靠的运行。众所周知，石油化工中有很多的物料具有腐蚀性和毒性，更重要的是很多材料具有易燃性，引起火灾爆炸的可能性很大。所以，必须重视其安全可靠性的设计，也应该考虑到在腐蚀、异常高低温以及疲劳载货情况下，它也能够安全运行。
压力容器使用寿命的设计，对此要有十分正确的把握。受腐蚀性物质的影响，压力容器的使用寿命经常会比预先设计的要短，尤其是在石油化工业。所以，必须在设计中留有相应的腐蚀裕量，同时，尽量选择耐腐蚀性的材料作为压力容器的壳体，另外，在设计中采用相应的防腐措施也是必不可少的。
设计应该便于制造安装和操作维修。设计应该兼顾压力容器的各个其他环节，才能保证安全性，结构越简单就会越容易制造和对设备进行检测，即使产品的某些缺陷超标了，也能够在最快的时间内被发现，并且予以消除。
为了能够实现经济效益，当压力容器的设计各项指标都满足要求时，应该尽量采用结构简单和节约贵重材料的方案，降低制造的成本。
1.3 压力容器设计技术的进展
应力和应变的分析与评定：对压力容器进行应力和应变进行分析和评定是压力容器常规设计以外的更为先进的设计技术，其中的关键是能够运用相关的分析方法对压力容器的强度进行比较全面的校核。应力不同，重要性也各不相同，因为不同的应力对容器造成的破坏也不同，从而也形成了各种不同的容器失效形式。有限元分析设计能更好的反映容器的各部位实际应力以及应变的情况。
⑴塑性失效设计。塑性失效的设计基础是弹塑性理论，其设计的准则是：可以允许局部薄膜的应力和弯曲应力的应力强度有较大的许用数值，也就是能够容忍局部的塑性变形，压力容器仍然不会失效。
⑵疲劳设计。所谓容器的疲劳是指在反复的交变载荷作用下，材料遭到破坏，此时并没有明显的塑性变形。压力容器的制造朝着大型化的趋势发展，高强度低合金钢也慢慢投入生产中，这些材料在制造过程中造成裂纹和未知缺陷的可能性很大，使得因为疲劳导致的破坏概率上升。压力容器的疲劳问题典型的特点是受到很大应力的作用，最大应力甚至会超过材料的服极限两倍，并且失效的循环次数比较低。因此，疲劳问题逐渐被人们所重视。
⑶概率设计。概率设计方法发展于近代，以数理统计为基础，它在压力容器的设计中能够起到对容器进行全面评价的作用，包括安全程度的评估和经济合理性的判断。
2.压力容器制造的过程及其技术的发展方向
2.1 压力容器的制造工序
压力容器制造工序一般可以分为：原材料验收工序、划线工序、切割工序、除锈工序、机加工（含刨边等）工序、滚制工序、组对工序、焊接工序（产品焊接试板）、无损检测工序、开孔划线工序、总检工序、热处理工序、压力试验工序、防腐工序。
不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。
2.2 压力容器制造中常用的技术标准
在编制工艺时，熟悉各项标准是编制正确而合理的工艺的前提下，针对压力容器在制造中常用的标准及规范进行简要阐述：
《固定式压力容器安全技术监察规程》界定了压力容器的范围并进行了分类，即哪些容器受质量技术监督局监检，从材料、设计、制造、安装、使用、定期检验等方面进行规定。其中第四章关于制造的内容从通用要求、焊接、试板、外观要求、无损检测、焊后热处理、试压试漏等几方面作了规定。
GB150《压力容器》适用设计压力≤35MPa的钢制容器，对压力容器的焊缝进行了分类。其GB150.4-2011第4部分“制造、检验与验收”中，从总则、材料复验、分割与标志转移、冷热加工成形与组装、焊接、热处理、试件与试板、无损检测、耐压试验和泄漏试验几个主要方面进行具体规定。
2.3 压力容器制造技术的发展方向
随着科学技术的发展，压力容器制造技术的水平越来越高，其制造进展主要表现在三个方面。
⑴压力容器向大型化发展。大型化的压力容器可以节省材料、降低投资、节约能源、提高生产效率、降低生产成本。
⑵压力容器用钢的发展。由于压力容器的大型化以及生产过程中的工艺条件越来越苛刻，导致对压力容器用钢的要求日益严格，因而促使材料技术不断发展，在要求钢材强度越来越高的同时，还要求改善钢材的抗裂性和韧性指标。
⑶压力容器制造方法的发展。传统的压力容器制造方法主要有锻造式、卷焊式、包扎式、热套式等方法，1981年德国首次推出了焊接成形技术的新方法——采用多丝埋弧焊法制造压力容器。这一新技术，既能保证合理的焊缝成形和良好的焊接质量，又可提高焊接速度，大大促进了压力容器的发展。
3.结语
今后，压力容器的发展趋势是大型化、高参数、多品种，对其制造技术的要求也越来越高。为了适应我国经济的发展和国内外市场的激烈竞争，我国要不断的提高压力容器的制造技术水平，朝着高度的机械化、集约化、大型化的方向发展。
参考文献
[1] 段哲军.应力分类和压力容器设计的发展.中国氯碱，2005（8）：39-41.
[2] 余国琮.化工机械工程手册（上卷）[R]北京：化学工业出版社，2003：1012-1019.
[3] 固定式压力容器安全技术监察规程[M].北京新华出版社，2009.
作者简介
李国华（1971-）男，汉族，江西省南昌市人，1994年江西南昌大学本科毕业，化工机械专业。