压力容器设计常见问题及防范对策

压力容器设计常见问题及防范对策
摘要：近年来，我国的石油化工行业有了很大进展，在石油化工生产的过程中，压力容器是很常用的一种特种设备，压力容器设计是否科学合理、经济可行，直
接决定着压力容器使用的安全性与可靠性，也在很大程度上影响着石油化工生产
是否可以顺利、有序开展。

为了提高压力容器设计水平，应明确压力容器设计中
存在的问题，并积极采取有针对性的措施予以解决。

本文主要探讨了压力容器设
计的主要问题及其对应的处理对策，以供参考借鉴。

关键词：压力容器设计；问题；防范对策
引言
安全生产日益得到重视，特别是近年来发生的一些重特大安全生产事故的发
生频频为人们敲响警钟；压力容器作为化工生产中的不可或缺的生产单元，其设计，制造及使用的安全性更应引起行业相关人员的重视；但是在设计过程中由于
强度计算软件的普及，使得一些计算元件的计算被忽略，导致在碰到特殊问题时，设计人员无从着手。

本文就压力容器设计过程中应注意的一些问题及容易忽略的
计算做了归纳，仅供相关行业人员参照。

1压力容器设计的问题
1.1选材
压力容器的使用材料，直接决定着压力容器的质量与性能，因此，选材一直
以来便是压力容器设计中的重点内容。

但目前，选材中存在着一定的问题，导致
压力容器的结构性能、强度无法满足标准要求，且压力容器使用过程中容易出现
各种各样的故障，降低了压力容器的使用寿命。

如，材料的厚度过大或者过小，
则会在很大程度上影响压力容器的结构性能及强度。

选材过程中，也要充分考虑
经济因素，以避免压力容器设计成本过高问题的出现。

1.2法兰设计
法兰设计是压力容器设计中的重要环节，但实践发现，压力容器法兰设计中
存在着突出的问题，特别是法兰强度、尺寸，时常出现不符合压力容器设计标准
与实际设计需求的问题，带来了诸多安全风险。

究其原因在于，法兰设计过程中，计算误差相对较大，从而使得匹配度角度以及强度、尺寸均具有一定的不合理性。

1.3忽略正常使用年限
近年来，在压力容器设计领域，业界越来越重视容器的使用寿命，必须采取
有效的措施，来避免因超过设计使用寿命而导致压力容器造成的安全问题。

但现
阶段，压力容器的实际设计过程中，明确标注压力容器使用年限的企业很少，这
显示目前设计人员的考虑不够全面、对相关规定标准不够重视。

除此之外，一些
使用者，在压力容器使用过程中虽然已经看到了设计使用年限，但为了降低成本、缺乏安全意识或者是出于其他考虑，仍然随意延长压力容器的实际所用年限。

面
对这样的问题，压力容器设计过程中，应综合考虑压力容器使用寿命的影响因素，包括腐蚀裕量、最大腐蚀速率等等，以科学确定压力容器的合理使用年限，并明
确标注。

2压力容器设计问题的防范处理对策
2.1材料选择与代用
在实际生产中由于材料代用引发的相关问题往往很难引起人们的注意。

1）
GB150-2011对不同使用环境下的容器用钢有着不同的要求。

一名设计工程师需要做的就是选择一种既能满足工艺环境需求，又经济合理的材质。

压力容器壳体材
质选择范围可以从标准规定的专用钢板选择，也可以选择非标准规定的钢板。

2）低合金钢与碳素钢间的代用，低合金钢在各项力学性能指标方面比碳素钢更有优势，但其可焊接性不如碳素钢。

材料的可焊性对于较高强度级别的材料代用时是
必须考虑的问题，一般钢材强度级别越高，焊接性能就越差，如果此时再用更高
级别的材料替代，将使焊接变得更加困难。

3）锻件、板材和管材的替代使用。

从综合性能指标来讲，锻件是要优于板材的，所以换热器的管板材料通常都是使
用锻件，但是当管板的厚度小于60mm时，管板也可以使用板材制造。

而且通常
来讲，在相同厚度情况下，锻件的许用应力小于板材，所以当出现锻件替代板材
使用时，设计人员必须重新核算管板厚度。

容器管口的接管有时出现规格特殊而
又不能改变的情况，特别是不容易买到的情况下多会用锻件替代；而有时接管的
直径很大，但是用量太小，如果购买管子加工非常不经济，这时也可以用板材替代。

2.2提高法兰设计的准确性
压力容器设计中，法兰设计是一个关键环节，法兰设计效果对压力容器设计
质量产生着直接的影响，加强法兰设计质量管理与控制，提高法兰设计水平，对
实现压力容器设计水平的提高，有着十分重要的意义。

目前，Waters法为国际通
用的法兰设计方法，法兰应力主要来源于三个方面，一是压力作用下法兰的法兰环、直边段、锥颈三个组成部分产生变形协调而出现的边界力应力，二是法兰的
法兰环、直边段、锥颈三个组成部分受到压力的直接作用而产生的环向应力、轴
向应力，三是法兰力的应力。

压力容器设计过程中，必须准确计算法兰应力，综
合考虑法兰所用材料性能、法兰受力特性以及结构连接方式等方面的因素，遵循
压力容器设计标准的相关要求，得到准确的参数，包括法兰尺寸、厚度以及强度等，保障法兰设计的合理性、科学性。

2.3科学设计使用寿命
压力容器设计中，应科学设计使用寿命，并要确保压力容器在预计使用寿命
内的安全、稳定运行。

首先，设计人员应重视压力容器使用寿命方面的问题，具
体明确压力容器的使用期限，压力容器生产制造的过程中，将其作为标准来进行
参考，以保障压力容器的性能及质量，同时也可以为压力容器的后期保养与维护
提供合理的参考。

其次，在确定具体使用寿命的时候，除了可以参考以往经验，
还要综合考虑压力容器的材料性能、使用环境等方面的因素，还可以借助计算机
软件，模拟压力容器的实际使用情况，确保使命年限的科学性。

2.4经济适用
压力容器在工业生活中广泛应用，因此在设计时要考虑经济因素，降低成本
和维修费用，尽量结构简单、制造方便、重量轻便、节约材料。

在设计压力容器时，应该参照有关国家规定和标准，与时俱进。

产品运行的可靠和压力容器的成
本和运转费用，与设计是否正确合理、加工制造、检验难易息息相关。

设计人员
要涉及不同的领域，对容器的内部结构、材料规格、材料性能都要详细了解甚至
对进入制造过程的容器也要进行跟踪和监督。

2.5焊接接头系数
压力容器设计中的焊接接头系数选取或设定的通用要求详见《容规》中3.15
和GB150.1—2011中4.5的规定。

以上规定是出强制性要求以外的最低通用要求。

在这种情况下，设计者也可以依据容器使用环境、钢板以及自身经验，在经济的
角度上合理地选择焊接接头系数。

焊接接头系数在一台同腔压力容器上是唯一的，该同腔壳体上所有对接焊接的壳体或受压元件的焊接接头系数都是相同的，同时
焊接接头系数还直接影响容器制造完成后检验阶段无损检测的长度比例及合格等级。

《容规》中第4.5.3.2.2条：对焊接接头系数取1.0的压力容器，其A、B类
焊缝应进行全部无损检测。

对于某些设备，筒体为管子且环缝没有必要进行全部
无损检测，若图纸中焊接接头系数取1.0，则气环缝是否要进行全部无损检测，
按规范要求，焊接接头系数是根据焊接接头型式和无损检测比例来确定，对设备
的纵缝和环缝应分别选取该系数值。

结语
综上所述，压力容器设计中，应遵循国家标准与行业标准的要求，充分考虑
多方面的因素，采取有效的措施，预防安全隐患的出现，最终设计出结构合理、
安全经济、使用期限长的压力容器，为推动我国工业化建设的进一步发展做出更
好的贡献。

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