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摘要：随着我国市场的开放和商品流通领域的日益扩大生产，产品质量的竞争更为激烈。这对产品设计的质量提出了更高的要求，为此，压力容器能够安全有效的进行与压力容器的设计质量有着极大的关系。本文就压力容器的设计进行研究，着重分析研究压力容器设计中易被忽略的问题。以此来不断地精益求精完善压力容器的设计质量，使其更好地服务于工业生产。
关键词：压力容器设计
中图分类号：S611文献标识码： A
压力容器在工业领域被广泛的应用，在应用过程中渐渐地出现一些影响安全效率的不足之处。而引起这些问题的根本原因就是压力容器的设计质量存在瑕疵。所以要想从根本上解决这些问题，就要切实保证压力容器的设计质量。
一、压力容器设计
在安全可靠的前提下，对化工压力容器的设计有两方面的要求，一是满足化工工艺的要求，二是满足设备制造的要求。以保证产品技术先进、经济合理、安全可靠。
1压力容器的设计要求
石油、化学工业的生产过程非常复杂，设备生产工艺过程中任何设备出了事故都会影响产品品质，或使生产无法继续进行甚至会危及设备和人身的安全。因此石油化工用压力容器一般需要满足以下几个方面的要求：1）设计单位应建立健全完善的设计质量保证体系，必须具有可操作性及指导性，并在实际工作中加以落实、实施。从事压力容器设计的人员必须具有一定专业水平，相关人员必须经过相关培训并取得相应的资格证书，人员在精而不在多。2）保证完成工艺生产。石油化工压力容器必须能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格（直径、厚度、容积）和结构（开孔接管、密封等）。3）运行安全可靠。化工生产的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧引起火灾，甚至发生爆炸等恶性事故。压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。4）预定的使用年限。影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀，它会使容器器壁减薄甚至烂穿，因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。5）制造、检验、交装、操作和维修方便。提出这一要求的目的，一方面是基于安全性的考虑，因为结构简单、易于制造和探伤的设备，其质量就容易得到保证，即使存在某些超标缺陷也能够准确地发现，便于及时予以消除；其次，这样做的目的也是为了满足某些特殊的使用要求，如对于顶盖需要经常装拆的试验容器，要尽量采用快拆的密封结构，避免使用笨重的主螺栓连接；又如对于有清洗、维修内件要求的容器，需设置必要的人孔或手孔；再是，这样做自然会带来经济上的好处，可以降低容器的制造成本。6）经济性。压力容器的设计，要尽量结构简单、制造方便、重量:轻、节约贵重材料以降低制造成本和维修费用。
2压力容器的设计方法
压力容器的设计可以采用规则设计方法或者分析设计方法。必要时也可以采用试验方法或者可对比的经验设计方法，但是应依据TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技術监察规程》1.9条的要求进行技术评审。
1）规则设计。规则设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在规则设计方法上，是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题。所有类型的应力均应采用同一的许用应力值；为了保证安全，通常采用较高的安全系数，以弥补应力分析的不足。我国GB150.1~150.4-2011《压力容器》 就是基于第一强度理论为基础的规则设计。
2）分析设计。随着压力容器参数的增高，高强钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难于解决，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力。为了适应现代压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决这些问题。分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了弹塑性或塑性失效准则，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。我国的分析设计的标准为JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》，是以第三强度理论即最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。对于压力容器设计所采用的失效准则，除弹性失效准则、弹塑性失效准则和塑性失效准则外，还有爆破失效、断裂失效以及可靠性设计等。
二、压力容器设计中易忽视的问题
1.材料问题
压力容器的设计过程中，对容器承受的压力的能力的有着严格的要求。压力容器所用的钢材必须要经过严谨的计算和分析决定。在此过程中要考虑压力容器的设计压力、设计温度、介质特性、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构外，还需要考虑经济合理性。不能为了增大容器的压力而一味盲目的提高钢板的厚度。1）当压力设计过大时，使设备的壳体壁厚较大，如果还沿用碳素钢就会导致壁厚增加，质量加大，造成成本浪费。一般在以强度控制为主的情况下，当壳体壁厚超过8mm时，应优先选用低合金钢。当设计压力较小、直径较大、以刚度控制或以结构设计主时，应尽量选用普通碳素钢。所需不锈钢钢板厚度超过12mm时宜采用衬里、复合、堆焊等结构形式。2）在专业的钢制化容器材料选用规定中规定“同时符合下列条件的高温压力容器主要受压元件用钢应按炉罐号，复验设计温度下的屈服强度值，其值不得低于相应许用应力值的1.6倍（奥氏体钢为1.5倍）。包括：设计温度大于300℃；设计压力大于1.6MPa；钢材厚度大于等于20mm：钢材主要截面以承受一次薄膜应力为主，且其厚度取决于强度计算的结果。”
2.压力容器设计中的质量管理
下面仅就本人多年来从事压力容器设计和压力容器设计技术管理工作，论述压力容器设计必须重视的问题和压力容器设计质量管理体系。
2.1遵守保证容器安全运行的基本环节
在国内外，由于设计不当而发生破坏事故是屡见不鲜的美国某公司，由于设计方面的原因而导致的事故，占事故总数的18.3%。国内，由于设计不当，或者没经过认真的设计计算而造成容器在运行中发生事故也是比较多的。可见，压力容器的设计在保证其安全运行方面的重大作用我认为对其有直接影响的主要有以下三方面：1）容器是否具有必要的壁厚。所谓必要的壁厚就是根据相应规范进行准确的强度计算，并考虑了各种因素影响而确定的厚度。然而，有的人误认为壁厚越厚越安全，因此出现图样厚度远远超过了计算所需的名义厚度，造成不必要的浪费。2）制造容器所用材料是否合适。如选材不当，即使具有足够的壁厚，也可能在生产操作的条件下，或是由于材料韧性的降低而发生脆性断裂，或是由于工作介质对材料产生腐蚀而导致腐蚀破裂等等，为此，必须考虑介质与材料的相容性。3）压力容器的结构是否台理。结构不良的容器，往往所产生过高的局部应力而在反复加压和卸压过程中导致破坏。因此，在容器结构的选择方面，力求在满足生产要求的前提下结构简单，严防规范等所禁止的结构型式出现在设计图样上。
2.2质量评定卡难以真实、全面反映最终的设计质量
质量评定卡是对设计人员作品质量的一种等级评定。同时也是作为设计人员业务技术考核。统计工作量的重要依据，但当参与设计的校审人员在校审中发现了较大的技术错误，从而设计作品被评为属于不舍格产品时就不能用于生产，必须进行修改，而修改的图纸错误消除后，其存档的质量评定卡反映出的仍是未消除错误前设计人员的作品质量，而非经修改后用于制造、生产，直到用户手中的，经过校审、修改、专业会签后的最佳的作品质量。在这种情况下质量评定卡不能反映图纸的真实情况，也难较准确地评定本单位的最终设计质量，同时也给图纸的管理和质量管理带来一定的混乱，故对质量评定卡有必要进行重新制订。
2.3设计人员素质 亟需提高，设计应保证设计上的准确性，制造上的可行性，使用上的安全性，而不是盲目的照抄照搬或不切实际的“设想”，缺乏可操作性，设计人员应与相关各专业人员进行交流，以避免设计的盲目性，其实，有时完全可以打破专业界限。
三、结论
总之，在设计压力容器时，都应该参照有关的国家规范和标准的最新版本。设计得正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器产品的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。
参考文献:
（1）TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（第二版）
（2）GB150.1~150.4-2011《压力容器》
(3) 丁子荣.刘立峰.压力容器设计中几个问题的探讨[J].科技资讯.2011（17）.
关键词：压力容器设计
中图分类号：S611文献标识码： A
压力容器在工业领域被广泛的应用，在应用过程中渐渐地出现一些影响安全效率的不足之处。而引起这些问题的根本原因就是压力容器的设计质量存在瑕疵。所以要想从根本上解决这些问题，就要切实保证压力容器的设计质量。
一、压力容器设计
在安全可靠的前提下，对化工压力容器的设计有两方面的要求，一是满足化工工艺的要求，二是满足设备制造的要求。以保证产品技术先进、经济合理、安全可靠。
1压力容器的设计要求
石油、化学工业的生产过程非常复杂，设备生产工艺过程中任何设备出了事故都会影响产品品质，或使生产无法继续进行甚至会危及设备和人身的安全。因此石油化工用压力容器一般需要满足以下几个方面的要求：1）设计单位应建立健全完善的设计质量保证体系，必须具有可操作性及指导性，并在实际工作中加以落实、实施。从事压力容器设计的人员必须具有一定专业水平，相关人员必须经过相关培训并取得相应的资格证书，人员在精而不在多。2）保证完成工艺生产。石油化工压力容器必须能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格（直径、厚度、容积）和结构（开孔接管、密封等）。3）运行安全可靠。化工生产的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧引起火灾，甚至发生爆炸等恶性事故。压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。4）预定的使用年限。影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀，它会使容器器壁减薄甚至烂穿，因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。5）制造、检验、交装、操作和维修方便。提出这一要求的目的，一方面是基于安全性的考虑，因为结构简单、易于制造和探伤的设备，其质量就容易得到保证，即使存在某些超标缺陷也能够准确地发现，便于及时予以消除；其次，这样做的目的也是为了满足某些特殊的使用要求，如对于顶盖需要经常装拆的试验容器，要尽量采用快拆的密封结构，避免使用笨重的主螺栓连接；又如对于有清洗、维修内件要求的容器，需设置必要的人孔或手孔；再是，这样做自然会带来经济上的好处，可以降低容器的制造成本。6）经济性。压力容器的设计，要尽量结构简单、制造方便、重量:轻、节约贵重材料以降低制造成本和维修费用。
2压力容器的设计方法
压力容器的设计可以采用规则设计方法或者分析设计方法。必要时也可以采用试验方法或者可对比的经验设计方法，但是应依据TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技術监察规程》1.9条的要求进行技术评审。
1）规则设计。规则设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。在规则设计方法上，是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题。所有类型的应力均应采用同一的许用应力值；为了保证安全，通常采用较高的安全系数，以弥补应力分析的不足。我国GB150.1~150.4-2011《压力容器》 就是基于第一强度理论为基础的规则设计。
2）分析设计。随着压力容器参数的增高，高强钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难于解决，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力。为了适应现代压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决这些问题。分析设计放弃了传统的弹性失效准则，采用了弹塑性或塑性失效准则，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。我国的分析设计的标准为JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》，是以第三强度理论即最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。对于压力容器设计所采用的失效准则，除弹性失效准则、弹塑性失效准则和塑性失效准则外，还有爆破失效、断裂失效以及可靠性设计等。
二、压力容器设计中易忽视的问题
1.材料问题
压力容器的设计过程中，对容器承受的压力的能力的有着严格的要求。压力容器所用的钢材必须要经过严谨的计算和分析决定。在此过程中要考虑压力容器的设计压力、设计温度、介质特性、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构外，还需要考虑经济合理性。不能为了增大容器的压力而一味盲目的提高钢板的厚度。1）当压力设计过大时，使设备的壳体壁厚较大，如果还沿用碳素钢就会导致壁厚增加，质量加大，造成成本浪费。一般在以强度控制为主的情况下，当壳体壁厚超过8mm时，应优先选用低合金钢。当设计压力较小、直径较大、以刚度控制或以结构设计主时，应尽量选用普通碳素钢。所需不锈钢钢板厚度超过12mm时宜采用衬里、复合、堆焊等结构形式。2）在专业的钢制化容器材料选用规定中规定“同时符合下列条件的高温压力容器主要受压元件用钢应按炉罐号，复验设计温度下的屈服强度值，其值不得低于相应许用应力值的1.6倍（奥氏体钢为1.5倍）。包括：设计温度大于300℃；设计压力大于1.6MPa；钢材厚度大于等于20mm：钢材主要截面以承受一次薄膜应力为主，且其厚度取决于强度计算的结果。”
2.压力容器设计中的质量管理
下面仅就本人多年来从事压力容器设计和压力容器设计技术管理工作，论述压力容器设计必须重视的问题和压力容器设计质量管理体系。
2.1遵守保证容器安全运行的基本环节
在国内外，由于设计不当而发生破坏事故是屡见不鲜的美国某公司，由于设计方面的原因而导致的事故，占事故总数的18.3%。国内，由于设计不当，或者没经过认真的设计计算而造成容器在运行中发生事故也是比较多的。可见，压力容器的设计在保证其安全运行方面的重大作用我认为对其有直接影响的主要有以下三方面：1）容器是否具有必要的壁厚。所谓必要的壁厚就是根据相应规范进行准确的强度计算，并考虑了各种因素影响而确定的厚度。然而，有的人误认为壁厚越厚越安全，因此出现图样厚度远远超过了计算所需的名义厚度，造成不必要的浪费。2）制造容器所用材料是否合适。如选材不当，即使具有足够的壁厚，也可能在生产操作的条件下，或是由于材料韧性的降低而发生脆性断裂，或是由于工作介质对材料产生腐蚀而导致腐蚀破裂等等，为此，必须考虑介质与材料的相容性。3）压力容器的结构是否台理。结构不良的容器，往往所产生过高的局部应力而在反复加压和卸压过程中导致破坏。因此，在容器结构的选择方面，力求在满足生产要求的前提下结构简单，严防规范等所禁止的结构型式出现在设计图样上。
2.2质量评定卡难以真实、全面反映最终的设计质量
质量评定卡是对设计人员作品质量的一种等级评定。同时也是作为设计人员业务技术考核。统计工作量的重要依据，但当参与设计的校审人员在校审中发现了较大的技术错误，从而设计作品被评为属于不舍格产品时就不能用于生产，必须进行修改，而修改的图纸错误消除后，其存档的质量评定卡反映出的仍是未消除错误前设计人员的作品质量，而非经修改后用于制造、生产，直到用户手中的，经过校审、修改、专业会签后的最佳的作品质量。在这种情况下质量评定卡不能反映图纸的真实情况，也难较准确地评定本单位的最终设计质量，同时也给图纸的管理和质量管理带来一定的混乱，故对质量评定卡有必要进行重新制订。
2.3设计人员素质 亟需提高，设计应保证设计上的准确性，制造上的可行性，使用上的安全性，而不是盲目的照抄照搬或不切实际的“设想”，缺乏可操作性，设计人员应与相关各专业人员进行交流，以避免设计的盲目性，其实，有时完全可以打破专业界限。
三、结论
总之，在设计压力容器时，都应该参照有关的国家规范和标准的最新版本。设计得正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器产品的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。
参考文献:
（1）TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（第二版）
（2）GB150.1~150.4-2011《压力容器》
(3) 丁子荣.刘立峰.压力容器设计中几个问题的探讨[J].科技资讯.2011（17）.