壓力容器設(shè)計(jì)有哪些要求

壓力容器設(shè)計(jì)有哪些要求安全可靠為保證過(guò)程設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，壓力容器應(yīng)具有足夠的能力來(lái)承受設(shè)計(jì)壽命內(nèi)可能遇到的各種載荷。因此要求用于制作壓力容器的材料強(qiáng)度高、韌性好，材料與介質(zhì)相容，壓力容器的結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和抗失穩(wěn)能力，密封性能好。強(qiáng)度、剛度、韌性和密封性是影響過(guò)程設(shè)備安全可靠性的主要因素。強(qiáng)度是壓力容器在載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)不同的強(qiáng)度破壞方式，將應(yīng)力或與應(yīng)力有關(guān)的參量限制在許用值以內(nèi)，以滿足強(qiáng)度要求。例如，氣體儲(chǔ)罐不應(yīng)在介質(zhì)壓力下鼓脹變形或破裂。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是鋼材常用的強(qiáng)度判據(jù)。在相同設(shè)計(jì)條件下，提高材料強(qiáng)度，就可以增大許用應(yīng)力，減薄過(guò)程設(shè)備的壁厚，減輕重量，簡(jiǎn)化制造、安裝、運(yùn)輸和安裝，從而降低成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于大型壓力容器，采用高強(qiáng)度材料的效果尤為顯著。但也不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)材料的高強(qiáng)度，因?yàn)楦邚?qiáng)度材料往往制造加工困難。剛度是壓力容器在載荷作用下保持原有形狀的能力。剛度不足是壓力容器過(guò)度變形、失穩(wěn)和泄漏的主要原因之一。例如，螺栓、法蘭和墊片組成的連接結(jié)構(gòu)，若法蘭因剛度不足而發(fā)生過(guò)度變形，將導(dǎo)致密封失效而泄漏；在真空下工作和承受外壓的容器，若殼體剛度不夠，將引起失穩(wěn)破壞。因此，容器設(shè)備應(yīng)有足夠的剛度。

韌性是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。由于原材料、制造（特別是焊接）和使用（如疲勞、應(yīng)力腐蝕）等方面的原因，容器常帶有各種各樣的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣等。研究表明，并不是所有缺陷都會(huì)危及容器設(shè)備的安全運(yùn)行，只有當(dāng)缺陷尺寸達(dá)到某一臨界尺寸時(shí)，才會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展而導(dǎo)致容器破壞。臨界尺寸與缺陷所在處的應(yīng)力水平、材料韌性以及缺陷的大小、形狀和方向有關(guān)，它隨著材料韌性的提高面增大。材料韌性越好，臨界尺寸越大，容器設(shè)備對(duì)缺陷就越不敏感；反之，在載荷作用下，很小的缺陷就有可能快速擴(kuò)展而導(dǎo)致容器設(shè)備失效。密封性是指壓力容器防止介質(zhì)泄漏的能力。壓力容器的泄漏可分為內(nèi)泄漏和外泄漏。內(nèi)泄漏是指容器內(nèi)部各腔體間的泄漏，如管殼式換熱器中管程介質(zhì)通過(guò)管板泄漏至殼程。這種泄漏輕者會(huì)引起產(chǎn)品污染，重者會(huì)引起爆炸事故。外泄漏是指介質(zhì)通過(guò)可拆接頭泄漏到周圍環(huán)境中，或空氣進(jìn)入容器設(shè)備內(nèi)的泄漏。壓力容器內(nèi)的介質(zhì)往往具有危害性，外泄漏不僅有可能引起中毒、燃燒和爆炸等事故，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，密封是壓力容器安全操作的必要條件之一。壓力容器各零部件的強(qiáng)度并不相同，整體強(qiáng)度往往取決于強(qiáng)度最弱零部件的強(qiáng)度。使各零部件的強(qiáng)度相等，即采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，可以充分利用材料的強(qiáng)度性能，節(jié)省材料，減輕重量。材料韌性一般隨著強(qiáng)度的提高而降低。在選擇材料時(shí)，應(yīng)特別注意材料強(qiáng)度和韌性的合理匹配。在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡可能選用高韌性材料，追求強(qiáng)度而忽略韌性是非常危險(xiǎn)的。國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生過(guò)多起因韌性不足引起的過(guò)程設(shè)備爆炸事故。環(huán)境也會(huì)影響材料韌性。溫度降低、受中子輻照或在高溫、高壓、臨氫條件下工作，都會(huì)降低材料韌性，使材料脆化。掌握材料性能隨環(huán)境的變化規(guī)律，防止材料脆化或?qū)⑵湎拗圃谠S可范圍內(nèi)，是提高過(guò)程設(shè)備可靠性的有效措施之一。滿足生產(chǎn)過(guò)程要求壓力容器首先是滿足生產(chǎn)上的需要，其主要結(jié)構(gòu)尺寸由工藝決定。設(shè)備設(shè)計(jì)只能根據(jù)工藝設(shè)計(jì)人員提供的工藝條件數(shù)據(jù)和場(chǎng)地條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，即滿足功能要求。此外還有壽命要求。例如，在石油化工行業(yè)中，一般要求高壓容器的使用年限不少于20年，塔設(shè)備和反應(yīng)設(shè)備不少于15年。腐蝕、疲勞、蠕變是影響過(guò)程設(shè)備壽命的主要因素，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮溫度和壓力的高低及波動(dòng)情況、介質(zhì)的腐蝕性、環(huán)境對(duì)材料性能的影響和流體與結(jié)構(gòu)的相互作用，采取有效措施，確保壓力容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行。綜合經(jīng)濟(jì)好壓力容器設(shè)計(jì)既要保證安全可靠，又要盡量做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，產(chǎn)品總成本最低。要做到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)首先選材要合理，在保證滿足生產(chǎn)要求的情況下，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，材料消耗盡可能少，同時(shí)還應(yīng)考慮制造、檢驗(yàn)、安裝和維修等因素。對(duì)某些技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，盡管投資高一些，但如果在單位加工能力、消耗指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量等方面有較大優(yōu)點(diǎn)，也應(yīng)考慮采用。簡(jiǎn)而言之，壓力容器應(yīng)盡可能滿足生產(chǎn)效率高、消耗系數(shù)低、結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便、易于運(yùn)輸和安裝等要求。此外，壓力容器還應(yīng)操作簡(jiǎn)單、可維護(hù)性和可修理性好，同時(shí)便于自動(dòng)控制，適宜操作條件的變化，滿足環(huán)境性能的要求等?？偟膩?lái)說(shuō)，壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求是既要保證安全可靠，又要盡量做到經(jīng)濟(jì)合理。這就要求對(duì)容器設(shè)備的操作條件和載荷進(jìn)行正確的估計(jì)，對(duì)壓力容器的總體應(yīng)力、局部應(yīng)力和溫差應(yīng)力，以及可能產(chǎn)生的失效形式等進(jìn)行全面的分析和評(píng)價(jià)，采取不同的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，根據(jù)壓力容器的操