试论化工设备压力容器规范设计及发展.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：董碧英（1986），女，汉族，四川乐山人，本科，东方电气集团东方锅炉股份有限公司，工程师，研究方向为化工容器工程预算。-39-试论化工设备压力容器规范设计及发展 董碧英 东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川 成都 611731 摘要：摘要：随着社会的发展，压力容器在我国石油化工、科研、锅炉制造等领域得到了广泛应用，直接或间接地影响着社会经济发展，关系着企业和人民群众的利益，对此需要对压力容器设计问题予以高度重视，解决其现阶段存在的各种不安全因素，针对此展开了详细的分析和探讨，针对后续化工压力容器设计提出了一些建议供相关人员参考，希望有助于我国压力容器性能的进一步改善。关键词：关键词：化工设备；压力容器；规范设计；发展 中图分类号：中图分类号：TQ051 0 引言 化工行业中，压力容器需要在一定压力作用下，对流体介质进行储存，通常以密闭状态存在，为化工产品生产创建了良好的条件。企业若想创造更高的经济收益，保证安全生产，在实际工作中要把握好安全生产与经济效益之间的关系。故此，化工企业压力容器在实际设计过程中应该充分考虑到各种不良因素与外界环境的影响，综合考量可能出现的种种突发情况与严重后果，保证该设备的实用价值，各项流程符合设计标准。同时，压力容器要加强维修与管理，设计出高质量的压力容器，技术工作部门应该从设计环节入手，科学设计化工压力容器的密闭性、运动能力，为促进化工行业发展贡献力量。1 化工设备中压力容器设计的基本原理 化工设备压力容器设计程序复杂，需要注意多项事宜，首先，技术部门要以最大化主应力基本强度理论作为依据，遵循弹性失效的原则。当一个压力容器在某个应力条件下处于屈服状态或材料发生了塑性流动时，它就不能再保持原来的弹性基态，而是处于破坏的状态。在应力方法中，采用常规性设计，综合考虑单一的最大载荷工况，一次施加静载，忽略交变载荷，区分短期、永久载荷和疲劳寿命，采用简化材料力学公式、板壳理论中的无矩理论公式。压力容器所有的应力采用统一许用应力值，为了提高其安全性能，可以选择安全系数较高的应力值，从而有效地解决了应力点分析中存在的不足问题1。面对新形势，压力容器参数随着外界因素影响产生新变化。互联网技术介入后，传统设计中存在的弹性失效基本原则无法满足设计的需求。常规式设计方法无法满足现实需求，对于这一问题应与新的失败理念相结合进行处理。采用解析式设计，以最大剪切应力理论为基础，以弹性应力分析及塑性破坏准则为基础，进行试验研究。在实际分析中需要综合考量各种载荷条件的组合问题，突破过去应力计算工作的局限性，提升应力值。在保证压力容器稳定性和安全性能的情况下，开展相关工作，在破坏准则的基础上，合理应用各种基本原则，增加弹性破坏、弹塑性破坏、爆炸破坏准则等，确保化工设备的安全稳定。2 化工设备压力容器规范设计的注意事项 2.1 韧性破裂故障的预防措施 在对压力容器生产标准进行优化的过程中，需要根据我国化工行业发展的实际情况，对生产质量标准体系和内容进行完善。在目前压力容器生产制造的过程中，各种生产材料质量与实际性能质量都会有着较高的标准，实际的生产与标准质量要求之间，存在较为明显的差距。因此，为了能够更好地保证化工企业生产设备的质量，减少后续压力容器设备出现明显的故障问题，就需要对设备规格、型号、材料质量以及容器适用条件进行明确规定，加强量化标准制定的科学性以及合理性。在化工生产的过程中，经常会受到多种问题的影响，导致压力容器经常处于超负荷的运行状态下，进而造成设备出现较为明显的强度及韧性破裂故障问题。因此，化工企业需要不断提升压力容器的各项性能，加强各种配置的标准要求制定，从而中国科技期刊数据库 工业 A-40-避免压力容器设备频繁处于高负荷运行状态，以此减少压力容器运行故障问题的产生，为化工企业经济效益的提升奠定基础。化工企业在对压力容器进行维修养护的过程中，需要建立专项维修团队，根据压力容器设备实际工作情况和使用年限，针对性地制定维修养护规划内容，加强维修养护规划设计工作开展的效率，定期对压力容器进行维修养护，加强设备故障排查工作的开展，为化工企业经济效益的全面提升，奠定更加良好的保障和条件。2.2 对压力容器焊接变形问题的控制 在焊接过程中，若工作人员对技术的把控效果不佳，或者材料本身存在问题，就很容易出现容器变形的情况。那么，为了有效预防这种情况，建议设计人员从以下几个角度入手进行控制：首先，应该正确选择焊接材料和焊接参数。良好的焊接材料和焊接参数能避免焊接后出现裂纹、咬边等外观缺陷、保证焊接处受力均匀、良好，不出现应力集中等影响设备安全的因素。例如，选用低氢型焊条，其良好的抗裂性能和力学性能保证焊接结构的受力安全性。其次，在焊接正式开始之前，应该先进行整体定位组装，确保其结构合理，这样在焊接过程中才能使各个部分均匀受力，准备工作完成之后再进入到正式的焊接步骤。在此基础上，应该根据压力容器的结构特征以及工艺要求，对焊缝数量和长度进行合理设计，对焊接顺序进行合理安排，对坡口形式进行合理选择，否则同样会影响到其受力的均匀性。再次，在组合焊接过程中，收缩量对压力容器的焊接质量有一定的影响，对此要求设计人员对收缩量数值进行精准的计算和控制，以免出现变形问题。最后，在焊接工艺选择上，可优先采用反向预变形、刚性固定等工艺方式，其相较于常规的焊接工艺，能够更有效地预防容器变形问题。另外，内应力也是导致化工压力容器发生变形的重要因素之一，针对这种情况，可以先进行焊接，之后再实施热处理工艺。在这一过程中，需要注意的问题有：若温度梯度较大，那么产生内应力的可能性也会大大增加，这种情况下则需要充分结合相关要求，分析是否需要将焊接区域提前预热到相应的问题，尽可能地控制残余应力对压力容器焊接质量的影响，以此实现对变形问题的有效控制；若设计存在误差，同样会导致容器焊接变形问题，此时则要求设计人员对模板、样板的尺寸进行确认，据此进一步优化设计；为减小压力容器焊接过程中的形位误差，需要考虑到热胀冷缩情况对焊接效果的影响，对预先收缩量做出准确的测算，以此预防因误差过大导致的变形问题。2.3 强化检验效果 压力容器的检验工作展开需根据压力容器的设备需求，合理的制定检验流程，采取先进的检验技术方法。加强实践经验总结，本着引进来和走出去的原则，采取多样化和先进的生产检验措施，从以往的事后危险事故处理，逐步向事前危险源预防和控制等趋势过渡，切实规避在设备投入生产中危险源的爆发。安装压力容器后，根据国家标准规范现行规定，全方位检验压力容器的质量，确保其密封性和刚度、稳定性等安全指标达标，再投入到工业生产中。做好压力容器的信息归档工作，全面记录设备的出厂信息等。在实际运作中，及时发现和解决问题，动态性的调整生产工艺，以强化压力容器的工作性能，延长设备的使用寿命。周期性检查压力容器使用情况，发现细小损坏问题及时处理，避免出现不可预估的损失。切实强化危险源防控能力，除了常见的高空坠落之外，还需要对整个工作过程中可能出现的各种不同的危险源进行检验，其中大部分的危险源在进行控制的过程中均可以选择利用物理隔绝的方式进行管理，降低安全风险的出现。在防控的过程中，如果在当前所选择的是成分分析的方式，则可以对所有有毒、有害物质进行管理，确保在安全管理的过程中，其可控性能够得以提升。触电事故也是常见的危险事故之一，为了避免这种事情的出现，需要对所有的电线进行绝缘性的检查，同时结合安装漏电保护设备等多种不同的方式防止漏电等情况的出现。当前还可以安装相应的防护设置，通过不断地延长防护距离等一系列的措施，减少在工作过程中的辐射安全事故；在防止机械伤害时可以选择的方式为对转动部件进行固定等不同的方式，同时还需要减少交叉作业的出现，通过装设防护网等措施，防止发生物体打击的安全事故；通过挂设安全绳等措施，进一步降低高空坠落等危险事故发生的概率。要求所有负责检验的工作人员在工作开始之前，需要依据安全管理的相关标准进行逐条的检查防控，切实强化危险源的防控能力，减少触发危险的可能。压力容中国科技期刊数据库 工业 A-41-器内的介质处理。检验化工压力容器前，对设备内的介质进行置换、中和、清洗、消毒等处理，确保一氧化碳浓度、氨浓度、硫化氢浓度、液化石油气、五氧化二磷浓度、光气浓度、麻醉药浓度、氯化氢浓度等物质的浓度达标。五是发挥大数据的统计和分析等功能，及时发现压力容器运作中的异常数据情况，科学制定控制措施与流程，防止危险源扩散。形成相互监督和管理的良好氛围，相互纠正工作思想行为，减少检验工作失误和差错，规避人为因素引起的危险事件。2.4 压力容器设计选材 在选材过程中，应该把控以下几个要点：根据介质性质和工艺要求进行选材。上文提到，如今化工压力容器在很多领域都得到了应用，而不同结构的压力容器，其在力学、工艺以及原材料等方面的要求也各不相同，这种情况下就需要设计人员联系实际，对容器后期所处的运行条件展开详细的调查和测算，明确其温度、介质和运行压力等各项参数，据此选择合适的材料。另外，出于经济性方面的考虑，在确保安全可靠的前提下，可采用性能相同的材料进行替代。根据压力容器的制造工艺进行选材。在化工生产中，压力容器称得上是一种高精密性的设备，其制造工艺一般比较复杂，质量标准极高，为了确保其更好地服务于企业的生产需求，在选材时一定要充分结合设备本身的工艺特点。如根据冷热工艺处理要求，应该优先选择焊接工艺性能良好的材料，从而确保焊接效果。根据局部应力情况进行选材。通过分析以往大量案例发现，压力容器的接管口、维修孔口等位置，比较容易出现质量问题，若板材存在开口，其结构整体性将直接被破坏，最终造成的后果就是容器的承载力大大降低，应力呈现集中分布。在选材方面，常见的问题有材料过厚、壳体直径偏大等问题，这种情况下，后续制造难度将大幅度提高，同时出现浪费材料的现象，运输、吊装等工作也将难以开展。在这方面，建议加强计算机技术的应用，在计算机的辅助下进行压力容器受力情况的分析，从而更准确地确定容器的承载力薄弱部位和应力集中的位置，为制定科学有效的补强技术方案提供依据。2.5 强化职业素质能力 首先，落实人才储备工作。压力容器检验工作中的危险源控制措施落实，离不开专业人才的支撑，需规范落实人才储备工作，确保其能够得心应手的展开岗位工作。引进专业的人才，要求工作人员都能够具备丰富的工作经验，拥有先进的思想理念。根据压力容器检验工作中的安全和专业等标准，明确对人才的能力需求，制定针对性的人才培训方案，更新其专业知识技能，强化职业素养和专业能力，确保其能够准确的识别与控制压力容器检验中的危险源。加大培训的力度，拓展培训教育的途径，注重其职业道德和信息素养等方面的培训，强化其责任意识、风险管理能力等，在专业能力的保障之下有效控制潜在的危险源。完善对人才的考核机制，全方位考核检验等工作人员的综合素质能力，将考核结果与薪资待遇等方面挂钩，强化其参与培训教育工作和自我学习的积极性，持续提升其专业能力。其次，加大安全教育的力度。通过对维保部门的安全教育工作，提高检验人员的安全意识与危险源的辨识能力。相对于传统根据工作经验识别和防控压力容器检验中的危险源工作局面，更应当注重其专业优势和自身价值的充分发挥，通过安全教育和激励措施等，引导其摸索性的运用新的检验工作手段和设备，提高辨识和控制危险源的专业度，全面推进检验工作转型升级。在其基础上，强化检验人员的安全防护水平，进入大型的压力容器前需切断电源，检验前需对容器进行充分的通风与对流散气，完全排放压力容器中的内部介质，用隔板隔断所有液体与气体的入口。检验人员相互提升安全防护是否落实到位，严格遵守并执行安全生产规程，提高检验工作的安全可靠性。2.6 压力容器设计中其他注意事项 开孔补强的有效设计在低形式下的压力值中，压力容器在设计补强模式时，可以运用补墙圈方式，该方法结构简单、操作方便、使用经验丰富、适用范围广泛，且可采用与外壳厚度等效的补强环，方便外壳卷板部位余料加工补强环。在某些中、高压情况下，进行压力容器的加固设计时，由于后壁接管的补强方式相对较好，这种方式结构简单，焊缝较少，极易检测出焊接质量，补墙效果良好，可以降低设计应力的管理系数。在开展补强设计工作时，应该明确接管厚度合理计算，及时改善接管端部处的内壁位置。通常情况下，采取倒角处理，减少倒圆角补墙面积，避免出现实际补缺面积小于所需补墙面积的情况。采用气中国科技期刊数据库 工业 A-42-密性测试对压力容器进行设计压力容器比较重要的一个功能就是气密性，如果没有足够的气密性，将会出现泄露的情况，无法确保压力容器设备稳定运行，同时阻碍化工企业的安全生产问题。对于一些不可微量泄漏的危险介质来说，化工技术人员应该结合具体的内容和要求开展气密性试验设计工作，确保配件安装的安全性与完整性。对超压释放装置的压力进行科学控制，并对最高容许压力下的压力容器设计进行标准化。3 结语 化工设备压力容器的运行环境较为复杂，压力容器设备经常会受到腐蚀、裂纹以及变形等破坏，导致压力容器的运行稳定性和安全性受到影响，甚至会出现较为明显的人员伤亡事故。因此，加强化工设备压力容器破坏的处理效果，加强预防措施的有效落实，对化工压力容器的安全稳定运行提供保障，进而延长压力容器的使用年限。因为化工设备压力容器故障问题产生的原因具有多样化的特点，需要不断地对预防措施和管理手段进行创新，根据实际情况充分地发挥压力容器预防的作用和价值，为化工行业长久稳定的发展提供重要的保障。参考文献 1夏菱禹.化工设备压力容器破坏原因与预防研究J.中国设备工程,2023(11):185-187.2张友鹏.化工设备压力容器破坏原因及预防分析J.中国设备工程,2022(13):142-144.3纪肾炎.化工设备压力容器破坏原因及预防分析J.当代化工研究,2021(21):130-132.4梁富维,金鑫,唐好斌,刘志鹏.试论化工设备压力容器规范设计及发展J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(12):5-6.5曾雨清.试论化工设备压力容器规范设计及发展J.装备制造技术,2020(06):248-250.