摘要:隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,重視壓力容器設(shè)計(jì)具有重要的意義.本文主要探討壓力容器設(shè)計(jì)的一般要求及技術(shù)進(jìn)展的有關(guān)內(nèi)容.
　　關(guān)鍵詞:壓力，容器，設(shè)計(jì)，要求，技術(shù)，進(jìn)展
　　引言
　　現(xiàn)今社會(huì)，隨著計(jì)算機(jī)在工程設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)軟、硬件的飛速發(fā)展，使得壓力容器分析設(shè)計(jì)得到越來越多的應(yīng)用，并且在實(shí)際工程項(xiàng)目中越來越起到了更為重要的作用。
　　1.國(guó)內(nèi)外壓力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和法規(guī)的發(fā)展
　　標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)行業(yè)綜合技術(shù)水平和管理水平，先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，提高壓力容器產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)性和質(zhì)量。我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)自1984年成立以來，迄今已是第三屆。經(jīng)過我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化工作者的努力，已制定了以GB150《鋼制壓力容器》為核心的一系列產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和零部件標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了壓力容器的基本標(biāo)準(zhǔn)體系。全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)1999年12月在上海召開的第三屆第二次全體會(huì)議，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的修定程序做了修改。從原來的標(biāo)準(zhǔn)編者組稿，編制組進(jìn)行協(xié)調(diào)、送審、修改、報(bào)批和出版發(fā)行的修訂程序，更科學(xué)合理地改為以標(biāo)準(zhǔn)修訂提案審查制度為核心的現(xiàn)代壓力容器標(biāo)準(zhǔn)制定修訂程序。
　　壓力容器標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化、一體化的趨勢(shì)更加明顯。歐洲議會(huì)在1997年5月正式批準(zhǔn)了統(tǒng)一的壓力設(shè)備指令，于1999年11月引入歐盟成員國(guó)的法規(guī)，并于2002年5月在歐盟內(nèi)強(qiáng)制執(zhí)行。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)正爭(zhēng)取將歐洲標(biāo)準(zhǔn)上升至國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)和日本等國(guó)家也為爭(zhēng)奪國(guó)際市場(chǎng)，積極采取措施加速國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制訂。ISO提出ISO15386國(guó)際鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)草案，主要內(nèi)容是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基本要求、質(zhì)量體系、結(jié)構(gòu)安全性等要求和各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的注冊(cè)認(rèn)可程序等。2000年4月在悉尼召開的ICPVT-9全體會(huì)議，探討國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，擬定壓力設(shè)備通則，消除因各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的差異可能出現(xiàn)的技術(shù)壁壘，達(dá)到各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的相互認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)壓力容器產(chǎn)品的自由貿(mào)易。會(huì)議報(bào)告從不同側(cè)面介紹了歐共體在壓力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、法規(guī)等方面的發(fā)展?fàn)顩r和指導(dǎo)思想，對(duì)別國(guó)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、法規(guī)很具參考價(jià)值，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化起了促進(jìn)作用。
　　2.壓力容器設(shè)計(jì)的要求
　　由于石油、化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程復(fù)雜，設(shè)備生產(chǎn)工藝過程中任何1臺(tái)設(shè)備出了事故，都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量或使生產(chǎn)無法繼續(xù)進(jìn)行，甚至?xí)�危及設(shè)備和人身的安全。因此，1臺(tái)石油化工用壓力容器一般需要滿足5方面的要求：
　　（1）保證完成工藝生產(chǎn)。石油化工壓力容器必須能承擔(dān)工藝過程所要求的壓力、溫度及具備工藝生產(chǎn)所要求的規(guī)格（直徑、高度、容積）和結(jié)構(gòu)（開孔接管、密封等）。以氮肥生產(chǎn)中的氨合成塔為例，由于氨的合成率和氨的合成壓力有關(guān)，若由于種種原因，氨合成塔承受不了設(shè)計(jì)壓力，只能降壓使用，就將導(dǎo)致氨的合成率下降，不僅直接影響產(chǎn)量，而且造成生產(chǎn)成本的大幅度上升。
　　（2）運(yùn)行安全可靠。化工生產(chǎn)的物料往往具有強(qiáng)烈的腐蝕性、毒性，容易燃燒引起火災(zāi)，甚至發(fā)生爆炸等惡性事故。壓力容器工作時(shí)，內(nèi)部?jī)?chǔ)存著一定的能量，一旦發(fā)生破壞，容器內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量將在極短的瞬間釋放出來，具有極大的摧毀力。此外，由于生產(chǎn)的連續(xù)性，一旦容器發(fā)生事故，不僅造成容器本身的損壞，往往還會(huì)危及其他裝置的安全，造成連鎖性的破壞。這就意味著設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，不僅必須保證每個(gè)承壓零部件都具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且還要滿足在不同工況條件（如腐蝕、高溫、低溫、疲勞載荷、熱沖力等）下能安全可靠地運(yùn)行。
　　（3）預(yù)定的使用壽命。影響石油化工用壓力容器使用壽命的主要因素是化工物料對(duì)殼體結(jié)構(gòu)材料的腐蝕，它會(huì)使容器器壁減薄，甚至爛穿，因此在設(shè)計(jì)容器時(shí)必須考慮附加腐蝕裕量來保證滿足使用年限的要求。對(duì)某些強(qiáng)腐蝕性物料，在設(shè)計(jì)時(shí)要選用適宜的耐腐蝕材料，或在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取防腐措施，以達(dá)到所要求的設(shè)計(jì)壽命。
　　（4）制造、檢驗(yàn)、安裝、操作和維修方便。提出這一要求的目的，一方面是基于安全性的考慮，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造和探傷的設(shè)備，其質(zhì)量就容易得到保證，即使存在某些超標(biāo)缺陷也能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)，便于及時(shí)予以消除。其次，這樣做的目的也是為了滿足某些特殊的使用要求，如對(duì)于頂蓋需要經(jīng)常裝拆的試驗(yàn)容器，要盡量采用快拆的密封結(jié)構(gòu)，避免使用笨重的主螺栓連接。又如對(duì)于有清洗、維修內(nèi)件要求的容器，需設(shè)置必要的人孔或手孔。第三，這樣做自然會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)上的好處，可以降低容器的制造成本。
　　（5）經(jīng)濟(jì)性。壓力容器的設(shè)計(jì)，要盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕、節(jié)約貴重材料，以降低制造成本和維修費(fèi)用。
　　3.壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)展
　　3.1壓力容器應(yīng)力、應(yīng)變的詳細(xì)分析與評(píng)定
　　對(duì)壓力容器應(yīng)力、應(yīng)變的詳細(xì)分析與評(píng)定，其實(shí)質(zhì)就是運(yùn)用較精確的計(jì)算應(yīng)力分析和實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行全面的校核。不同性質(zhì)的應(yīng)力具有不同的重要性，它們對(duì)容器破壞所起的作用不同，導(dǎo)致容器失效的形式也各不相同。容器各部位實(shí)際應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分析的完善精確程度，是進(jìn)行全面強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。目前，許多國(guó)家在設(shè)計(jì)要求較高的容器時(shí)，均應(yīng)用近代的計(jì)算應(yīng)力分析和實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析技術(shù)，詳盡分析各種應(yīng)力的實(shí)際情況，并廣泛接受與采用美國(guó)ASME規(guī)范第1卷第2冊(cè)中確定的應(yīng)力分類法，以及對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制，將容器中不同的應(yīng)力分別限制在不同的數(shù)值，以防止可能出現(xiàn)的各種失效。和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，詳細(xì)的應(yīng)力分析方法既降低了安全系數(shù)，減輕了產(chǎn)品重量，節(jié)約了材料，又有效地防止了不同應(yīng)力可能引起的不同失效，確保了容器的運(yùn)行安全，具有多方面的優(yōu)越性。應(yīng)力分析設(shè)計(jì)這一設(shè)計(jì)方法雖然合理而且先進(jìn)，但卻需要進(jìn)行大量復(fù)雜的分析計(jì)算，只有借助于電子計(jì)算機(jī)才能完成，因而設(shè)計(jì)費(fèi)用極高。為此，只有當(dāng)設(shè)計(jì)高參數(shù)、重要的容器時(shí)，才采用這種方法。
　　3.2塑性失效設(shè)計(jì)方法的研究
　　塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是建立在彈塑性理論基礎(chǔ)上的。對(duì)于局部薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力的應(yīng)力強(qiáng)度，可以允許有較大的許用數(shù)值，亦即允許出現(xiàn)局部塑性變形，而又不導(dǎo)致失效，這就是塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于只在局部地區(qū)發(fā)生的局部薄膜應(yīng)力和沿壁厚方向非均勻分布的彎曲應(yīng)力而言，當(dāng)其最大應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，只能引起局部屈服，而容器大多數(shù)區(qū)域仍處于彈性狀態(tài)，因而不會(huì)導(dǎo)致失效。在這種情況下，如果還以彈性失效作為破壞準(zhǔn)則，就會(huì)使大部分材料的潛力得不到發(fā)揮。以塑性失效為準(zhǔn)則的強(qiáng)度設(shè)計(jì)稱之為極限設(shè)計(jì)，它作為防止過渡變形的準(zhǔn)則是十分可取的。
　　3.1概率設(shè)計(jì)
　　概率設(shè)計(jì)是用近代數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，全面評(píng)價(jià)容器的安全程度和經(jīng)濟(jì)合理性。失效的可能性大小可用概率設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)，概率設(shè)計(jì)可以根據(jù)某一具體產(chǎn)品所要求的最低可靠性概率，向各個(gè)零部件合理分配其必須具備的可靠性概率，這樣，既滿足了總體要求，又改善了經(jīng)濟(jì)性。
　　結(jié)束語
　　壓力容器從設(shè)計(jì)到投入運(yùn)行，要經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、運(yùn)行監(jiān)督和維修等多個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)是其中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)得正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的難易程度，影響到壓力容器產(chǎn)品的制造成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，而且直接關(guān)系到產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。
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