压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策

装备与自动化
2020年第5期27
吴九枫
（南京诚一工业技术有限公司，江苏 南京 210000）
摘　要：法兰在压力容器设备的运行中占据举足轻重的地位，与容器性能息息相关。

为此，文章简单地阐述了压力容器法兰，明确了其类型和设计要点。

在此基础上，重点探究了压力容器法兰的设计问题，发现设计中仍存在不足，如材料选择不合格、使用寿命估算存在偏差、热处理工作不到位等。

针对上述问题，提出了相应的解决对策，如重视材料选择、考虑超出标准的范围、完善压力容器热处理技术，以期提高压力容器设备中法兰设计的水平，为容器安全提供保障。

关键词：压力容器；法兰；热处理；使用寿命；材料选择
中图分类号：TH49 文献标志码：A 文章编号：2096-3092（2020）05-0027-03 Problems and Countermeasures of Flange Design in Pressure Vessel Equipment
Wu Jiufeng
(Nanjing Chengyi Industrial Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000)
Abstract: Flange occupies the pivotal position in the operation of pressure vessel equipment and closely relates to the performance of vessel. For this reason, the paper simply elaborates the pressure vessel fl ange and make clear its type and design key point. On this basis, the design problems of pressure vessel fl ange are mainly explored. Some deficiencies are found in the design, such as unqualified material selection, deviation in service life estimation, inadequate heat treatment and so on. The corresponding countermeasures are put forward to solve the problems, such as attaching importance to material selection, considering the scope beyond the standard, perfecting the heat treatment technology of pressure vessel, so as to improve the level of fl ange design in pressure vessel equipment and provide guarantee for the safety of the vessel.
Key words: pressure vessel, fl ange, heat treatment, service life, material selection
近年来，我国社会经济迅猛发展，促使化工行业获得长足进步，在使生产任务增多的同时，也对其生产效率和质量提出了更高的要求。

在该背景下，压力容器设备作为重要的设备之一，受到了人们的关注和重视。

优越的设备可加快化工行业生产速度，而法兰作为压力容器设备的主要构件，影响压力容器设备的功能和性能。

为此，在新形势下，积极探索解决压力容器设备中法兰设计问题的对策具体重要的现实意义。

1 压力容器设备中法兰的相关概述
在石化工业中，压力容器是必不可少的设备，影响工业的生产，而法兰是压力容器关键的构成部件，关系容器设备的运行。

在工业生产中，基于工艺要求和设备内件安装要求，需要在压力设备容器中合理设置法兰[1]。

压力容器法兰类型呈现多种多样的特征，若以法兰环为依据划分，可分为活套法兰、整体法兰、任意式法兰三种，不同法兰有不同的特点。

《压力容器法兰》（JB/ T 4701—4703）标准中的法兰在我国工业生产发展中较为常见，其也有三种类型，包括乙型平焊法兰、甲型平焊法兰和长颈对焊法兰。

其中，前两种属于任意式法兰。

相对而言，甲型平焊法兰使用范围并不广泛，主要是因为其自身刚度较小，在使用时一般直接与容器的筒体焊接。

长颈对焊法兰具有独特的优势，其可增强法兰刚度，因为其不需要与短节焊缝，所以通常不会出现焊接变形的问题。

对比长颈对焊法兰，乙型平焊法兰需增加短节，在使法兰刚度提升的同时，能促使压力容器器壁承受附加弯矩[2]。

在法兰设计中，最重要的是保证法兰的强度，若其强度不合格，则需要开展相关的调整和改进工作，如检验垫片尺寸等，使其在合理的范围内，以降低作用于法兰的弯矩。

在法兰的连接中，应将其和壳体相焊接。

掌握相关规范，可有效发挥法兰的作用。

压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策
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2 压力容器设备中法兰的设计问题
2.1 热处理过程中存在的问题
在压力容器设备法兰设计的过程中，热处理属于关键环节，其属于一项系统性工程，涉及范围广泛。

例如，热处理分包、热处理工艺控制等。

在热处理过程中，存在多种不确定性的因素，加大了处理难度，并埋下安全隐患，容易出现故障[3]。

除此之外，一些设计者在设计压力容器设备法兰时，过于注重压力容器壳体的热处理和封头的热处理，而对于接管设计常常持有忽视的态度，增加了热处理的难度，提高了重大热处理问题出现的可能性，难以确保理想的设计效果。

如果在热处理的工作中不能按照规范标准要求操作，出现热处理不规范、不合理的现象，也会引发压力容器设备法兰设计方面的问题，不能保证有关设备法兰的质量与标准相符。

2.2 选择材料中存在的问题
材料是压力容器设备法兰设计中必不可少的，其质量直接关系设计效果。

现阶段，在材料选择环节还存在很多不足，难以确保材料选择的正确性，制约了压力容器使用强度、性能的提高。

在选择材料时，需站在全方位角度考虑影响材料质量的因素，如承受压力的大小、能否达到绿色环保标准、经济性等[4]。

由于欠缺考虑，导致材料问题层出不穷，如果选择的材料难以承受压力，在使用中出现开裂等问题，既会提高危险系数，又会对人的生命健康安全造成威胁。

2.3 设计过程不在标准范围内
通常情况下，在具体应用中，会出现设备尺度和设计压力与标准法兰存在差异的法兰，会影响使用效果。

基于此，应做好法兰结构的计算工作，在计算的过程中，既要分析结构强度，又要对结构尺度进行充分考量。

例如，针对SW6软件，依托其开展法兰设计工作时，能够看到其所计算的方法与标准一致，不存在太大的区别。

但是，在安装时，却难以实现良好的结合，甚至会因为不符造成法兰变形的问题，降低其密封性，影响压力容器质量。

与此同时，在设计工作中，没有按照操作流程标准、工艺标准等设计，经常会发生设计不良、设计操作不合理等问题，对整体设计工作的高质量、高效化开展也会产生影响。

2.4 容器使用寿命存在问题
容器使用寿命长短是评判压力容器法兰设计水平的重要标准。

但是，因其使用寿命受各种因素的影响，如人为因素、材料因素等，容易导致容器使用寿命短的问题。

在具体设计中，设计者一般会估算压力容器的使用寿命，却难以确保估算结果的准确度。

这主要是因为在估算的过程中，难以面面俱到，容易遗漏某项因素，无法实现有效的估算[5]。

在该情况下，很多容器会出现问题，如已经超出了实际的安全使用期限，但没有更换，具有较大的安全隐患，容易引发安全事故，从而造成不可挽回的损失。

甚至一些用户即使发现容器超出寿命，但为了减少成本，也没有及时更换，从而埋下安全隐患。

另外，在压力容器的应用中，也存有很多影响其使用寿命的因素，如使用方法不当、维护工作不到位等，都可能导致容器使用寿命缩短。

3 解决压力容器设备中法兰设计问题的有效对策3.1 改进压力容器的热处理技术
要想有效解决热处理问题，应该注重从技术层面入手，改进和优化压力容器的热处理技术，提高技术水平。

热处理技术包含三个环节，一是加热，二是保温，三是冷却，三者之间具有密切的联系，在相互配合与融合的条件下，能实现最大的效用[6]。

为此，应对以上三个环节加以重视。

（1）在加热环节，应重视温度，结合实际情况合理设置温度，确保其精准度。

在热处理中，需要保证温度参数正确，准确把握温度，这有利于从根本上提高热处理水平，早日实现热处理目标。

焊后热处理的温度应该与《钢制球型储罐》（GB 12337—2014）等标准相符。

与此同时，合适的温度对材料作用的发挥也十分有利，能强化容器质量。

（2）在加热时，需注重保温，加强对保温时间段的控制。

部分材料在加热完成后，若不进行保温，而是直接采取降温的措施，将会对材料造成严重的损坏，给压力容器设备法兰设计带来不良影响。

基于此，应做好保温工作，借助保温延长冷却时间，可减少不必要问题的发生。

（3）冷却在压力容器加热处理中也不可忽视。

若是材料不同、用途不同，那么所要求的冷却方式也具有差异性。

所以，应做到具体问题具体分析，结合材料选择冷却的方式，以实现对材料性能的优化。

在选用材料的过程中，必须结合规范标准开展操作工作，根据压力容器设备的法兰构件特点、质量要求等，针对性地选择需要使用的材料，这样才能预防因为材料问题出现的热处理不足现象。

3.2 加强对材料选择的重视
在设计压力容器时，材料的选择属于初始环节，
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需要全面考虑可能影响材料质量的因素，尤其要考量容器材料的受力分析。

例如，在构造材料由厚变薄的条件下，其受力方向会发生怎样的变化；当材料由薄变厚，其受力力度是否发生改变等。

除此之外，两个板块接缝处的焊接手法，对压力容器法兰设计也具有重要影响，所以在选择材料时，应综合考虑各项因素[7]。

另外，针对材料接口变厚的现象，也应引起重视，并积极开展边角削平处理工作。

不管使用何种材料，都需要尽量与国家标准相符，并满足有关技术条件的规定。

3.3 考虑超出标准的范围
压力容器法兰设计具有复杂性特征，受诸多因素影响。

其中，有部分因素难以控制。

为最大限度提高设计水平，需要从多角度出发，充分考虑可能引起材料差异的因素，并做好相关的准备工作，为顺利完成组装提供优越条件。

在设计时，应着重考虑超出标准的范围，积极探索密封处理部件缝隙的方法，以提高处理效果。

在整个过程中，应做到灵活应变，结合实际特点与要求，有针对性地控制法兰环与锥颈尺寸，如果发现不合理的现象，需及时调整，降低误差，以获得高密封性、结构紧凑的链接体系，提高设计质量。

3.4 将使用寿命纳入设计
为保证压力容器使用寿命估算的正确性，应完善压力容器设备法兰的设计工作，并有意识地将使用寿命设计纳入其中，提高设计科学性。

在计算压力容器使用寿命时，需要分析酸碱、湿度等各个条件，在考虑设计因素的同时，还需探析使用过程中人为等因素对其产生的影响。

例如，在实际使用中，若操作不当将会给压力容器带来损坏，使用方法不合理会对压力容器使用寿命造成的影响等[8-13]。

为避免使用超出寿命期限的压力容器，应在寿命标注环节缩短标注的使用寿命，保证其短于估计使用寿命，以提高使用的安全性，进而可防止因寿命不足问题引发的安全事故，减少其给生产生活带来的不良影响。

在设计工作中，必须全面考虑法兰构件的寿命问题，编制完善的寿命设计方案和计划，按照特点开展设计工作，以免出现法兰构件的质量缺陷与其他问题。

4 结束语
总而言之，在化工行业高速发展的当下，对压力容器设备的要求不断提高，要想保证其质量达标，就要做好设备法兰设计工作。

不仅要改进压力容器热处理技术，将使用寿命融入设计中，而且要科学选择材料，以实现预期设计效果，强化压力容器质量，使其达到国家标准，促进化工生产满足市场需求，进而为化工行业进步提供助力。

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作者简介：吴九枫，本科，助理工程师，研究方向为压力容器设备。