压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策

压力容器设备中法兰设计存在的问题及
对策
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;
前言：
近年来,随着化工行业的高速发展,人们对压力容器设备越来越重视。

为了更
好的满足市场的需求,压力容器制造商们开始利用国家相关标准中范围的一切可
利用空间,但是受限于技术水平不足与相关的经验的缺乏,生产出来的设备存在着
质量问题。

1.压力容器设计的要求
1.1建立完善的质量保障制度，且具有较强的操作性和指导性，可以有效的
应用和落实到具体的设计中；
1.2压力容器的设计必须满足工艺生产的要求，其参数必须符合相关标准的
要求，只有满足以上因素的产品，才能够保证该产品在运用过程中具有一定的承
压力；
1.3由于化工行业中所用到的物料具有腐蚀性及毒性，且燃性较强，极易出
现火灾，甚至发生爆炸；因此，压力器在运行过程中必须安全可靠；
1.4压力器投入使用之后一定要达到使用寿命，由于化工物料具有一定的腐
蚀性，严重情况下会腐蚀并穿透压力容器，因此设计人员需考虑运用何种手段确
保压力容器拥有较长的使用寿命，进而在一定程度上降低成本；
1.5压力容器需具有制作方便、操作简单、维修方便等特点；这就需要设计
人员注意到：一方面，压力容器设计需更加的简单、更加的容易制造、安全性更高；另一方面，压力容器设计可以满足特殊使用的要求，容器顶盖可以随意拆除，进而能够随时满足各种需求，在极大程度上降低成本。

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。

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。

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。

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.压力容器设备法兰设计出现问题的解决对策
3.1重视材料选择
设计者在进行容器设计过程中,应当充分考虑到容器材料的受力分析,比如当
构造材料由厚变薄、或者有薄变厚过程中受力方向和力度就会发生变化。

对于两
个板块接缝处的焊接手法与焊接力度也要考虑到,也要考虑到焊接后所带来的不
同以往的应力变化。

对于材料接口处变厚的情况,应当进行边角削平处理。

并且
使用到的刚才应当符合相应的国家标准、行业标准或者有关技术条件的规定。

3.2改进压力容器热处理技术
压力容器的热处理技术主要包括加热、保温、冷却三个环节,这三个环节只
有相互融合、相互配合才能发挥最大的功效。

首先,在加热环节中一定要重视温度,温度的设置必须非常近准,有些材料发生质变也仅仅是一度的变化,而且温度
是整个热处理技术的重要参数,热处理的目标能够完成全部依靠着对温度的把握,
准确、合适的温度能够让材料发挥出最大的作用,让制成的容器拥有最好的质量。

第二步是保温,有些材料在加热完成后直接进行降温会受到损害,为此可以通过保
温来延长其冷却时间。

第三步是冷却,也是非常重要的一个环节,不同的材料在不
同的用途下有时候需要不同的冷却方式,也就是说冷却的方式不同,材料最终表现
出来的性能也是不同的。

3.3考虑到超出标准的范围
设计者在设计过程中需要考虑到因为种种可能引起材料尺寸差异的原因,以
确保部件可以顺利完成组装,以及对部件间的缝隙如何进行密封处理。

在设计过
程中通过对法兰环和锥颈尺寸进行调整,从而获得结构紧凑、受力均匀、密封可
靠的链接体系。

3.4将使用寿命纳入设计
从设计者角度来讲,设计者应当重视对使用寿命的估算与计算,充分考虑湿度、温度、酸碱度等等条件,在设计过程中还要考虑到因为人们不正确操作可能带来
的损耗,在标注使用寿命是当让标注寿命短于估计使用使命,充分确保不会因为使
用寿命为人们生产生活带来损害。

3.5确保法兰数值计算准确性
法兰设计是压力容器设计中的关键环节，其设计效果会直接影响到整体设计
质量，加强对法兰设计的控制，对提高压力容器设计水平和设计质量意义重大。

国际上较为通行的压力容器法兰设计方法为Waters法。

法兰的应力由3部分组成：法兰力矩产生的应力；由压力直接作用于法兰本体(包括法兰环、锥颈和直边段三部分)上引起的轴向和环向应力；由组成法兰的三个部分间由于压力作用下变形协调引起的边界力产生的应力。

在实际操作过程中，应对压力容器法兰设计进行准确计算，从法兰结构连接方式、受力特性、所用材料性能等几方面进行综合考虑，根据压力容器设计及使用要求，得到较为精准的法兰设计参数，包括法兰设计尺寸、强度、厚度等，确保法兰设计的科学性及合理性，以提高压力容器设计的安全系数。

结语：
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。

参考文献
[1]邓志军,马莉,鲁斌鑫.压力容器设备法兰优化设计[J].化工设计通
讯,2018,44(4):114.
[2]刘翔.基于有限元法的设备法兰强度与刚度分析及工程设计软件开发[D].北京:北京化工大学,016.
[3]梁庆海.疲劳工况作用下设备法兰的结构设计[J].石油和化工设
备,2017,20(11):18-20.
[4]李晶.压力容器设计中法兰的优化设计[J].化学工程与装
备,2016(6):205-207.。