摘要:隨著社會的不斷發(fā)展與進步,重視壓力容器設(shè)計具有重要的意義.本文主要探討壓力容器設(shè)計的一般要求及技術(shù)進展的有關(guān)內(nèi)容.
　　關(guān)鍵詞:壓力，容器，設(shè)計，要求，技術(shù)，進展
　　引言
　　現(xiàn)今社會，隨著計算機在工程設(shè)計中的廣泛應用以及計算機軟、硬件的飛速發(fā)展，使得壓力容器分析設(shè)計得到越來越多的應用，并且在實際工程項目中越來越起到了更為重要的作用。
　　1.國內(nèi)外壓力設(shè)備標準、規(guī)范和法規(guī)的發(fā)展
　　標準體現(xiàn)行業(yè)綜合技術(shù)水平和管理水平，先進的標準促進行業(yè)的發(fā)展，提高壓力容器產(chǎn)品的競爭性和質(zhì)量。我國壓力容器標準化技術(shù)委員會自1984年成立以來，迄今已是第三屆。經(jīng)過我國壓力容器標準化工作者的努力，已制定了以GB150《鋼制壓力容器》為核心的一系列產(chǎn)品的標準、基礎(chǔ)標準和零部件標準，構(gòu)建了壓力容器的基本標準體系。全國壓力容器標準化技術(shù)委員會1999年12月在上海召開的第三屆第二次全體會議，對標準的修定程序做了修改。從原來的標準編者組稿，編制組進行協(xié)調(diào)、送審、修改、報批和出版發(fā)行的修訂程序，更科學合理地改為以標準修訂提案審查制度為核心的現(xiàn)代壓力容器標準制定修訂程序。
　　壓力容器標準國際化、一體化的趨勢更加明顯。歐洲議會在1997年5月正式批準了統(tǒng)一的壓力設(shè)備指令，于1999年11月引入歐盟成員國的法規(guī)，并于2002年5月在歐盟內(nèi)強制執(zhí)行。歐洲標準化委員會正爭取將歐洲標準上升至國際標準。美國和日本等國家也為爭奪國際市場，積極采取措施加速國際標準的制訂。ISO提出ISO15386國際鍋爐壓力容器標準草案，主要內(nèi)容是國際標準的基本要求、質(zhì)量體系、結(jié)構(gòu)安全性等要求和各國標準成為國際標準的注冊認可程序等。2000年4月在悉尼召開的ICPVT-9全體會議，探討國際標準的內(nèi)容，擬定壓力設(shè)備通則，消除因各國標準的差異可能出現(xiàn)的技術(shù)壁壘，達到各國標準的相互認可，實現(xiàn)壓力容器產(chǎn)品的自由貿(mào)易。會議報告從不同側(cè)面介紹了歐共體在壓力設(shè)備標準、規(guī)程、法規(guī)等方面的發(fā)展狀況和指導思想，對別國相應的標準、規(guī)程、法規(guī)很具參考價值，對標準的國際化起了促進作用。
　　2.壓力容器設(shè)計的要求
　　由于石油、化學工業(yè)的生產(chǎn)過程復雜，設(shè)備生產(chǎn)工藝過程中任何1臺設(shè)備出了事故，都會影響產(chǎn)品質(zhì)量或使生產(chǎn)無法繼續(xù)進行，甚至會危及設(shè)備和人身的安全。因此，1臺石油化工用壓力容器一般需要滿足5方面的要求：
　　（1）保證完成工藝生產(chǎn)。石油化工壓力容器必須能承擔工藝過程所要求的壓力、溫度及具備工藝生產(chǎn)所要求的規(guī)格（直徑、高度、容積）和結(jié)構(gòu)（開孔接管、密封等）。以氮肥生產(chǎn)中的氨合成塔為例，由于氨的合成率和氨的合成壓力有關(guān)，若由于種種原因，氨合成塔承受不了設(shè)計壓力，只能降壓使用，就將導致氨的合成率下降，不僅直接影響產(chǎn)量，而且造成生產(chǎn)成本的大幅度上升。
　　（2）運行安全可靠。化工生產(chǎn)的物料往往具有強烈的腐蝕性、毒性，容易燃燒引起火災，甚至發(fā)生爆炸等惡性事故。壓力容器工作時，內(nèi)部儲存著一定的能量，一旦發(fā)生破壞，容器內(nèi)部儲存的能量將在極短的瞬間釋放出來，具有極大的摧毀力。此外，由于生產(chǎn)的連續(xù)性，一旦容器發(fā)生事故，不僅造成容器本身的損壞，往往還會危及其他裝置的安全，造成連鎖性的破壞。這就意味著設(shè)計壓力容器時，不僅必須保證每個承壓零部件都具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，而且還要滿足在不同工況條件（如腐蝕、高溫、低溫、疲勞載荷、熱沖力等）下能安全可靠地運行。
　　（3）預定的使用壽命。影響石油化工用壓力容器使用壽命的主要因素是化工物料對殼體結(jié)構(gòu)材料的腐蝕，它會使容器器壁減薄，甚至爛穿，因此在設(shè)計容器時必須考慮附加腐蝕裕量來保證滿足使用年限的要求。對某些強腐蝕性物料，在設(shè)計時要選用適宜的耐腐蝕材料，或在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取防腐措施，以達到所要求的設(shè)計壽命。
　　（4）制造、檢驗、安裝、操作和維修方便。提出這一要求的目的，一方面是基于安全性的考慮，因為結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和探傷的設(shè)備，其質(zhì)量就容易得到保證，即使存在某些超標缺陷也能夠準確地發(fā)現(xiàn)，便于及時予以消除。其次，這樣做的目的也是為了滿足某些特殊的使用要求，如對于頂蓋需要經(jīng)常裝拆的試驗容器，要盡量采用快拆的密封結(jié)構(gòu)，避免使用笨重的主螺栓連接。又如對于有清洗、維修內(nèi)件要求的容器，需設(shè)置必要的人孔或手孔。第三，這樣做自然會帶來經(jīng)濟上的好處，可以降低容器的制造成本。
　　（5）經(jīng)濟性。壓力容器的設(shè)計，要盡量結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量輕、節(jié)約貴重材料，以降低制造成本和維修費用。
　　3.壓力容器設(shè)計技術(shù)的進展
　　3.1壓力容器應力、應變的詳細分析與評定
　　對壓力容器應力、應變的詳細分析與評定，其實質(zhì)就是運用較精確的計算應力分析和實驗應力分析方法，對其強度進行全面的校核。不同性質(zhì)的應力具有不同的重要性，它們對容器破壞所起的作用不同，導致容器失效的形式也各不相同。容器各部位實際應力、應變狀態(tài)分析的完善精確程度，是進行全面強度校核的基礎(chǔ)。目前，許多國家在設(shè)計要求較高的容器時，均應用近代的計算應力分析和實驗應力分析技術(shù)，詳盡分析各種應力的實際情況，并廣泛接受與采用美國ASME規(guī)范第1卷第2冊中確定的應力分類法，以及對各類應力強度的限制，將容器中不同的應力分別限制在不同的數(shù)值，以防止可能出現(xiàn)的各種失效。和傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，詳細的應力分析方法既降低了安全系數(shù)，減輕了產(chǎn)品重量，節(jié)約了材料，又有效地防止了不同應力可能引起的不同失效，確保了容器的運行安全，具有多方面的優(yōu)越性。應力分析設(shè)計這一設(shè)計方法雖然合理而且先進，但卻需要進行大量復雜的分析計算，只有借助于電子計算機才能完成，因而設(shè)計費用極高。為此，只有當設(shè)計高參數(shù)、重要的容器時，才采用這種方法。
　　3.2塑性失效設(shè)計方法的研究
　　塑性失效設(shè)計準則是建立在彈塑性理論基礎(chǔ)上的。對于局部薄膜應力、彎曲應力的應力強度，可以允許有較大的許用數(shù)值，亦即允許出現(xiàn)局部塑性變形，而又不導致失效，這就是塑性失效設(shè)計準則。對于只在局部地區(qū)發(fā)生的局部薄膜應力和沿壁厚方向非均勻分布的彎曲應力而言，當其最大應力達到屈服極限時，只能引起局部屈服，而容器大多數(shù)區(qū)域仍處于彈性狀態(tài)，因而不會導致失效。在這種情況下，如果還以彈性失效作為破壞準則，就會使大部分材料的潛力得不到發(fā)揮。以塑性失效為準則的強度設(shè)計稱之為極限設(shè)計，它作為防止過渡變形的準則是十分可取的。
　　3.1概率設(shè)計
　　概率設(shè)計是用近代數(shù)理統(tǒng)計的方法，全面評價容器的安全程度和經(jīng)濟合理性。失效的可能性大小可用概率設(shè)計計算，同時，概率設(shè)計可以根據(jù)某一具體產(chǎn)品所要求的最低可靠性概率，向各個零部件合理分配其必須具備的可靠性概率，這樣，既滿足了總體要求，又改善了經(jīng)濟性。
　　結(jié)束語
　　壓力容器從設(shè)計到投入運行，要經(jīng)過設(shè)計、制造、檢驗、安裝、運行監(jiān)督和維修等多個環(huán)節(jié)，設(shè)計是其中一個十分重要的環(huán)節(jié)。設(shè)計得正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗等環(huán)節(jié)的難易程度，影響到壓力容器產(chǎn)品的制造成本和運轉(zhuǎn)費用，而且直接關(guān)系到產(chǎn)品運行的可靠性。
　　參考文獻
　　［1］張力權(quán)，等.國外壓力容器技術(shù)發(fā)展的一些動向.化工與通用機械，2010（2）：3032.
　　［2］顧振銘.《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》的基本原理和準則（一）、（二）.煉油設(shè)備設(shè)計，2009（3）：2125.
　　［3］李景辰，等.壓力容器基礎(chǔ)知識.北京：勞動人事出版社，2008.
　　［4］王志文.化工容器設(shè)計.北京：化學工業(yè)出版社，1990.
　　［5］段哲軍.應力分類和壓力容器設(shè)計的發(fā)展.中國氯堿，2005（8）：3941.
　　［6］范欽珊.壓力容器的應力分析與強度設(shè)計.北京：原子能出版社，2011.