化工压力容器设计及不安全因素分析魏文伟

化工压力容器设计及不安全因素分析魏文伟

摘要：压力容器广泛应用于工业企业，为化工企业的生产经营提供帮助。化工

压力容器在设计阶段有两个非常重要的因素，分别是温度和压力，只有按照相关

的规定进行合理设计，在安全状态下将压力容器的压力值做到合理化，操作温度

与设计温度接近，才能提高化工压力容器使用过程中的可靠性和实用性，为化工

企业带来更多的经济效益。下面将对压力容器的设计进行概述，并结合无深环焊

缝多层包扎式氨合成塔、三套管式废热锅炉及可控移热变换反应器的设计经验，

分析化工压力容器设计的不安全因素并提出相应的解决措施，促进化工企业的各

项工作安全顺利进行。

关键词：不安全因素；化学压力容器；设计

引言

化工压力容器是在化工行业中广泛应用的一种承压设备，它使用的环境一般

较为恶劣，如需要承受较高的温度和压力，承载的内容物为有毒有害物质、易燃

易爆品或者是具有较强腐蚀性的样品，这些条件就决定了化工压力容器需要较高

的质量要求，需要具备极高的安全性。因此，在进行化工压力容器设计时需要综

合考虑各化工行业企业的生产要求与特点，从设计方法上进行改进，更好的设计

出耐酸碱腐蚀、承压性能良好的压力容器，助力化工行业的发展。

1压力容器设计的概述

压力容器在设计阶段根据设计方式的不同，安全系数的范围也具有一定的差异，利用规则设计方法，压力容器的抗拉强度安全系数大概在2.7左右，利用分

析设计方法的压力容器安全系数有所降低。为了能够降低压力容器的资源消耗量，实现化工压力容器设计的绿色化，相关的压力容器材料市场不断进行材料革新，

通过材料和技术的进步使得压力容器设计阶段的安全系数有所降低，逐渐实现压

力容器设计的轻便化。合理调整压力容器组建过程中的焊接技术，对压力容器的

组装材料进行质量检验，逐渐提高压力容器设计过程的节能效果，在进行压力容

器的设计的时候，应该尽量将结构设计地合理和简洁，在满足质量和压力性能的

前提下优化压力容器的组件，进行压力容器整体构造的合理设计，才能更好地为

化工企业的生产服务。

2化工压力容器设计不安全因素

鉴于使用的环境，化工压力容器的设计要求严格选择材料，包括材料的承压

能力、对温度的敏感性、材料之间的焊接、加工工艺对材料的影响等。但为了降

低生产过程中的成本，生产企业只考虑材料经济性，忽视压力容器的质量要求，

选择经济性能高、价格低的材料进行生产，在使用过程中会产生安全隐患。此外，由于使用环境恶劣，压力容器易受酸碱腐蚀。劣质材料制造的压力容器不能满足

使用要求或降低使用寿命。

设计过程管理在化工压力容器的设计管理中，设计者对设计过程管理体系的

遵从性缺乏概念，导致该体系被视为装饰，没有系统的遵从性，缺乏规范化的设

计思路。此外，设计人员缺乏相关专业知识和实践认知，设计水平较低，对设计

后安装、调试和使用过程中存在的问题认识不足，导致压力容器的设计不符合化

工企业的要求，影响压力容器的产化工压力容器的分类与设计要求在进行化工压

力容器的设计前，需要综合考虑客户的需求、制造使用的材料、容器的结构、安

全性、使用环境、容器盛装的物质等因素，综合协调各种因素之间的关系，确保

压力容器满足化工生产与使用的要求。目前，常用的设计方法包括常规与分析法

两种。常规的设计方法是利用弹性设计准则，计算压力、许用应力、容器尺寸之

间的关系是通过壳体薄膜理论或材料力学推导而来的，设计中的关键点是设计方法、载荷和许用应力，它属于经验设计方法，对压力容器进行结构设计、选材使用、工艺制作等，始终控制局部应力，选用安全系数高的许用应力，重视弹性失

效问题，提高设计的安全性。分析设计方法是基于应力分析数据，采用优良的选

材与工艺标准，秉承塑性失效与弹塑性失效的准则，分类汇总应力并逐一分析计

算各应力，针对不同的应力产生与破坏应力的形式，设计不同的元件厚度来应对。避免了应力设计中存在的各种不安全因素，并减少了材料的浪费，通过应力针对

性设计，降低材料发生塑性变形的可能性，提高压力容器的载荷性能，因此，该

技术在化工压力容器的设计中被广泛的使用。

一般情况下，在热处理、气缸和储气罐的设计中，成型后合成钢的厚度会减小。通过对钢板冷压成形件的热处理，提高了材料的原始性能。在压力容器的设

计中，容器壁和封头的热处理容易受到重视，而喷嘴的热处理往往被忽略，导致

材料变形，影响使用寿命。在分汽缸设计中，经常出现出汽口与进汽口距离设计

偏差，导致分汽缸停滞。但储气罐的设计并没有根据压力要求进行合理的材料选

择和尺寸设计，从而降低储气罐的抗压性能。

分类化工压力容器是一种密闭装置，具有较高的承压能力，可以用来储存化

工产品，主要是液体与气体的储存。按承压力能力划分压力容器可分为超高压型、高压型、中压型、低压型四种；按存储内容物的类别可划分为无毒型、有毒型、

剧毒型等；按容器生产工艺划分为热交换型、分离型、贮运型、反应型四种。不

同类型与功能的化工压力容器，设计原理与方法不同，但在使用过程中也会出现

各种问题，影响容器的使用，并对化工行业造成不利的影响，因此，需要重视压

力容器的设计。

3提升化工压力容器设计安全性

3.1延长使用年限与重视细节设计

在进行化工压力容器设计时，需要设计人员熟悉设计要求与相关的技术标准，通过先进的设计技术与方法，根据压力容器的使用目的、腐蚀速率等计算出容器

的使用寿命，选用腐蚀速度慢、性能良好的材料，设计时考虑各种使用影响因素，从而在科学的基础上合理的延长使用时间。细节设计是设计人员经常忽略的问题，如压力容器的接管、封头等元件的热处理问题，需要良好的设计与编排，可提升

容器的使用寿命。处理好细节设计，避免出现压力容器设计的短板，确保容器的

安全性。

3.2提升设计人员设计水平

设计人员的设计水平是整个化工容器的关键环节，通过加强设计人员的企业

制度的培训，提升设计人员遵守管理制度的意识。通过聘请专业技术人员对本企

业的设计人员进行技术培训，培训的内容应尽可能的全面，包括专业知识、压力

容器安装、维修、加工工艺等。

3.3材料变化与热处理

压力容器设计过程需要注意材料的选择与使用，特别是不同材料的更换与连

接问题，不同厚度的钢板之间相互连接，特别是加厚封头与壳体之间的连接过程，需要对封头进行削边处理，因板材厚度变化会导致焊接口应力增加，降低产品质量，因此，在设计时需要避免设计板材的变化，以得到准确的应力预测值，确定

压力容器的使用品质与时长。对于塑性差、硬度大的钢板会产生较大的变形、裂

痕等，因此，需要通过热处理来降低变形发生的可能性，可在冷成型工艺之后增