王春艳
（大庆石油化工机械厂有限公司，黑龙江省大庆市 163000）
摘 要：压力容器在各行各业都有涉及，尤其是在石油化工生产装置中应用的更为广泛。一般来讲，压力容器主要指对其安全性能要求比较严格的压力容器，特别是其安全性能要求比较严苛，也需要我们从设计入手，充分考虑不安全因素，以国家标准、国家法律法规来设计和管理压力容器。本文重点以压力容器设计为研究对象，在考虑各种不安全因素的基础上，统筹进行分析探讨。
关键词：压力容器；设计；不安全因素；试验
压力容器是盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，通常是由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔及接管和支座以及其他各种内件组成。通常来讲，我们在压力容器中应该严格按照规范进行制作，特别是要充分考虑不安全因素，这样才能从设计到制作和使用阶段更加高效和安全可靠。
一、压力容器设计简要概述
压力容器设计是一个科学严谨的过程，从设计基本要求来看，首先要综合考虑模式预计、强度理论、设计方法、设计准则、安全裕度设置和材料选择原则等因素，防止压力容器在正常运行过程中发生失效。第二，要确保设备安全使用的基本要求，包括设备的强度 、刚度、稳定性、密封性和耐腐蚀性。第三，在保证使用寿命的前提下要选材合理，在保证工艺过程要求的前提下结构简单，并方便制造、检验、维修，最终使设备总成本尽可能降低。第四，压力容器的结构型式、尺寸规格、使用条件（压力、温度、腐蚀介质）以及其他载荷条件是由设备在工艺装置中的功能要求决定的，因此要求设备必须满足生产条件下处理物料的功能要求。
从设计节点来看，根据给定的工艺设计条件，遵循现行的标准规范的规定，在确保安全的前提下，经济、正确合理地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。一是结构设计：确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；二是强（刚）度设计：确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求，以确保容器安全可靠地运行；三是密封设计：选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。
由于压力容器在各行各业中应用越来越广泛，作用越来越突出，为了满足压力容器的制造和使用要求，对设计的要求也越来越高。作为压力容器的设计，不但要掌握相关专业知识，根据有关标准和要求进行结构设计和强度、刚度等方面的计算，而且需要对压力容器的受力、结构尺寸、材料等进行优化处理，以满足压力容器设计的合理性和经济性。
二、压力容器不安全因素考虑
（一）非标法兰设计问题。在实际中经常遇到设备直径或设计压力超出上述范围的法兰，这就需要设计法兰的结构尺寸，并通过计算满足强度要求。选用sw6软件计算法兰时往往出现法兰强度计算通过了，但是实际制造、安装时发现不合理，甚至无法满足使用要求的情况。
（二）高压螺栓面积计算问题。由于高压螺栓的结构特点是无螺纹部分的直径尺寸小于螺栓螺纹部分的根径尺寸，由于该尺寸的错误输入，造成计算中螺栓实际面积大于所需螺栓面积的假象，误导设计人员认为螺栓面积合格，而实际螺栓面积并不一定合格。鉴于上述情况，在计算中，应手动输入螺栓根径尺寸。
（三）应力跳档问题。高压容器的筒体、封头较厚，封头的成型存在减薄量。筒体采用热成形时也存在减薄量，有的设计者在作筒体或封头设计计算时没有考虑到减薄量，在制造时加成型减薄量，有时会存在板料厚度增加，材料应力反而降低，造成设计厚度不足的问题，故设计者要注意厚板许用应力跳档问题。
（四）水压试验压力选取问题。
高压设备一般操作温度较高，各元件材料设计温度下的许用应力较常温下许用应力低，另外有些零件计算不能同设备一起计算，只能单独用零件计算程序算。因此，需要高度关注水压试验压力选取过程中的不安全因素。
（五）容器开孔补强问题。一方面，等面积补强是以补偿开孔局部截面的拉伸强度作为补强准则的，为此其补强只涉及静力问题。等面积补强法对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过开孔形状和开孔范围间接加以考虑，使孔边的局部应力得到一定的控制。另一方面，长期的使用经验证明该方法在允许的使用范围内，开孔边缘的安定性能够得到保障。等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问题未加以考虑，为此该方法不适用于疲劳容器的开孔补强。
（六）压力精准测算问题。通常情况下，我们需要在相关标准的基础上对压力容器的应力进行计算、判断并规范，最终形成压力容器的存档资料。这往往会占用大量的人力、物力及时间。因此.开发并应用一些设计软件，对提高压力容器设计工作效率和设计质量，进而提高设计和制作精度及质量。
三、压力容器需注重的关键点
（一）结构不连续处应平滑过渡。结构突变产生较高的不连续应力，设计应尽量避免，在突变处采用圆弧或斜坡过渡形式。如：阶梯轴设计，变径处应有圆弧过渡；容器不等厚焊接，厚的应削边，使两者厚度相同。水晶釜变径截面处，应有斜坡过渡。局部应力过高导致疲劳裂纹、应力腐蚀等。问题
（二）避免高应力区叠加。开孔或接管区存在应力集中、封头与筒体连接处存在边缘应力、支座与筒体连接区域存在应力集中，筒体焊缝处存在应力集中，结构设计时将这些区域错开。比如说，开孔不得开在筒体焊缝上或封头过渡区；开孔之间距离应满足标准要求，不得过近；支座不得焊在筒体纵向焊缝上，且离封头一定距离等等，以防止和解决应力叠加等问题。
（三）注意角焊缝结构设计。容器的主要角焊缝部位，筒体与夹套焊接、筒体与平板封头焊接、平焊法兰与接管焊接、支座与筒体焊接。角焊缝：多数坡口手工加工、手工焊；出现缺陷是由于未填满、未焊透、未熔合、气孔、裂纹等。同时，角焊缝处应力主要包括拉应力、弯曲应力、剪切应力等因素，存在高应力集中，承受弯曲应力和剪切应力弱，耐疲劳弱。
（四）避免采用刚性过大的焊接结构。针对存在安全不稳定因素，要对容易受温度、压力等条件引起变形的结构，在于其他设备焊接时，应采用刚性小的结构，使其容易变形，防止变形产生过大附加应力导致疲劳破坏。
（五）提高压力容器的热处理技术。当前大部分化工企业在制作压力容器过程中，高强度压缩压力容器的制作成本极易使得管理人员忽略了压力容器的热处理技术。例如在生产废热锅炉时，没能分别开展管程与壳程堆焊前的炉内整体热处理，从而大大降低了整体压力容器的可靠性，导致其质量不合格，因此，必须要结合具体情况来提高压力容器热处理技术，让其整体安全性能得到提升。
结束语：压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，从设计角度入手把握各种不安全因素是非常必要的，需要不断强化分析，提高安全高效水平。
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