压力容器制造过程中的质量问题与优化策略.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 17 日 作者简介：李文杰(1985），男，汉族，河南武陟人，助理工程师，学士学位，主要研究院方向为压力容器检验。-207-压力容器制造过程中的质量问题与优化策略 李文杰1 贺贵春2 时兰红1 1.河南心连心智能装备科技有限公司，河南 新乡 453731 2.河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453731 摘要：摘要：压力容器在制造过程中存在材料选用、变形现象、焊接规范、设计、热处理、材料代用及保修系统等一系列质量问题,是起到化学反应，承装介质，热交换，产品分离等较多用途的重要设备。这些问题可能会潜在地威胁容器的性能和安全。针对这些问题,厂家需要采取包括原料品质把关,控制内应力变形,解决成型误差,优化焊接变形等一系列的优化策略。这些策略的综合运用有助于在各种工况下,确保其安全可靠地运行,从而提高压力容器的质量水平。关键词：关键词：压力容器；制造；优化 中图分类号：中图分类号：TH49 0 引言 在工业生产中,压力容器发挥着至关重要的作用,然而,它制造过程中的质量问题却始终是摆在厂家面前的一道难题。选择材料,变形现象,焊接规范,设计等问题的存在,都有可能造成容器性能下降,威胁到安全性。针对这些问题,本文将针对压力容器制造中常见的质量问题进行探讨,并为厂商提供提升压力容器制造品质的参考意见,提出一系列的优化策略。1 压力容器的制造特点 1.1 品种结构的复杂性 品种结构的复杂性是压力容器的制造特点之一。压力容器在化工、石油、能源等领域的应用非常广泛,所以有很多种类,结构也比较复杂。这些结构既有常见的筒状容器,也有多样化的形状,如球状等。压力容器的功能要求在不同的行业和应用场景中各不相同,所以需要将这些差异考虑到制造过程中并采用相应的材料和加工过程。如此复杂,使得生产工艺技术难度加大,要求生产厂家必须具备确保所生产容器符合设计要求和行业标准的丰富经验和专业知识。1.2 高安全要求 压力容器制造的另一个显著特征是安全性要求较高。由于压力容器在运行过程中要承受较高的内部易燃、易爆、高温、高压等特殊介质,一旦出现故障,就有可能酿成严重的事故。为了确保安全,压力容器的制造必须符合严格的法规和标准,比如 ASME(美国机械工程师协会)标准,ASME 在国际上的应用非常广泛。为了保证容器的强度、密封性和耐久性,制造商必须严格控制材料的选用、焊接工艺和检测手段。同时,防止潜在缺陷对容器的安全性造成负面影响,生产过程中的质量控制和非破坏性检测等步骤也尤为重要。2 压力容器制造中的质量问题 2.1 材料选择方面的问题 设计选材问题在复杂的压力容器制造过程中显得格外突出。工程计算错误、材料强度不够或腐蚀性能与实际工作条件不符等质量问题,造成选材不当的现象。这一方面可能源于对项目参数的错误评估,另一方面则可能是由于材料供应商未能提供符合标准以及特殊技术要求的材料导致的。由于在高压力环境下容器的材料必须保持稳定,对介质的耐蚀性能要符合实际使用条件,因此这种不当的材料选择直接影响着压力容器的耐压性能和使用寿命。这些问题的存在,使压力容器在运行过程中发生事故的几率大大增加,潜在威胁着工业生产的安全。因此,为确保压力容器的材料选择能达到高标准要求,迫切需要设计公司选材慎重，提高工程计算，制造厂家加强质量管理与材料供应商密切配合,以解决材料选择中的问题。2.2 制造过程中出现了变形现象 变形现象已经成为压力容器制造过程中的一个显著质量问题,例如焊接等高温加工环节。这种变形主要中国科技期刊数据库 工业 A-208-是因为焊接时温度梯度分布不均匀,造成了冷却时物料的形态调整,从而引起的。可能涉及焊接参数选择不当,预热和冷却速度控制不准确等,焊接工艺不当是造成这种变形的关键因素之一。此外,由于快速降温可能导致焊接区域与其他部位收缩冷热不均也是变形的主要原因之一。这种变形的存在可能会使容器的外形和尺寸与设计规范不符,从而对其密封性能和结构稳定性造成影响。对于密封性来说,变形可能造成焊缝部位形状不规则,从而介质外泄几率增大。对于结构稳定性而言,变形不均可能造成工作过程中容器受力不均,使结构疲劳和失效的可能性增大,对使用安全造成潜在威胁。因此,改善焊接工艺,优化预热和冷却措施,降低温度梯度,减少容器变形程度,是解决制造过程中变形问题的当务之急。2.3 焊接过程不够规范 在一些制造过程中,焊接作为压力容器制造的关键环节,其不规范现象尤为突出。这种不规范主要是由于没有按照设计要求精确地调整,导致焊接工艺参数控制不准。焊接操作人员无相应焊接项目的资质有可能在焊接过程中因选择和控制焊接电流、电压、焊接速度等参数不当而造成焊缝质量不稳定。此外,由于材料强度等物理性质未能准确匹配,可能导致焊缝部位强度下降,焊接材料选择不当也是一个重要问题。焊缝质量不合格可能表现为对容器整体结构强度和安全性构成潜在威胁的裂纹、气孔等缺陷,使焊接区力学性能下降。存在着这样的问题,在容器的运转过程中可能会造成严重的后果,比如焊缝部位的薄弱,就有可能成为容器故障的根源,甚至会造成重大事故,比如介质泄漏甚至发生爆炸。因此,为确保焊接质量符合设计要求,提高焊缝区域强度和整体结构的安全性,迫切需要厂家加强焊接工艺参数的精确控制,优化焊接材料的选用。2.4 设计问题 压力容器制造过程中可能会出现质量问题,一个根本原因就是设计问题。此类问题往往源于可能包括工作条件估计偏差、介质性质估计偏差、应力分析等设计阶段不合理的设计参数。设计中的计算错误也可能是造成问题的重要原因,比如厚度、尺寸等参数计算不准确,在实际使用中可能会造成容器厚度不能满足容器在实际使用情况下的安全厚度。另外,设计人员也可能会出现设计不合理的情况,包括外部环境、介质变化、工作周期等因素,都没有充分考虑到实际工作条件。这些可能在制造和使用中造成不安全的情况,直接影响到压力容器的整体性能和可靠性。不准确的设计参数可能会造成容器在运行过程中受到不恰当的应力,从而使容器产生疲劳,同时也增加了故障隐患。计算错误可能造成容器无法稳定地满足工作中的设计要求,从而使容器寿命下降。容器的结构在设计不合理的情况下,可能会出现不适应实际工作条件变化的情况,从而潜在地威胁到容器的整体性能。2.5 热处理问题 热处理在压力容器制造中起着至关重要的作用,然而,在热处理过程中,有些厂家却出现了一系列的质量问题。温度控制不当,可能是由于热处理设备不能满足标准要求,或操作者对温度控制不敏感,导致材料无法满足热处理温度的设计要求,这是一个普遍存在的问题。在这种情况下,可能无法有效地调整材料的晶格结构和硬度,从而使其机械性能受到影响。另一个问题是时间不够,也就是热处理工艺的加热，保温，冷却时长达不到设计要求。不充分的热处理时间可能会造成料材料晶粒生长不充分,从而使材料强度、韧性受到影响。材料在热处理过程中机械性能的调整是保证其能承受特殊工况环境的重要步骤,因此,在压力容器中材料的性能不达标,可能会因为时间的缺乏而导致材料的机械性能不达标。压力容器材料的性能直接受到这些热处理问题的影响,从而对整个容器的安全使用造成了影响。在高压环境下,未经适当热处理的材料可能会丧失原有的强度和韧性,从而使容器在运行过程中的事故隐患增大。2.6 材料代用“以厚代薄”压力容器制造应用“以厚代薄”,是一种可能带来严重质量问题的做法。这种材料的替代方式,往往是为了降低成本,或者是迎合制造过程中的具体需要。但将原本设计要求较薄的材料换成较厚的材料,可能会造成压力容器结构不合理，甚至需要增加热处理等问题结构的不合理。首先,由于设计通常对材料的厚度、强度等参数都有明确的规定,这种替换可能会违背原设计的工程要求。采用较厚的材质,在轻量化设计上没能发挥薄材质中国科技期刊数据库 工业 A-209-的优势,可能会使容器的整体结构变得笨重。这样做可能不仅会增加设备支撑框架的重量，同时也会造成支撑框架形状和结构不符合设计的问题2。代用材料可能会造成受力时容器受力不均匀。较厚的材质可能会造成设备受压时局部应力集中,从而使容器的某些部位更容易疲劳,也更容易出现故障。这种不均匀的应力分布可能会潜在地威胁到容器的总体表现。2.7 保修系统运行不合理 在压力容器使用过程中,由于保修系统的不合理运行而可能产生严重的质量问题。定期的维护和检修对于保证容器长时间的安全运行是必不可少的,但是一些厂家可能会因为保修系统的不合理运行而产生一系列的潜在隐患3。不合理的保修系统操作可能会造成维护措施的不到位。这意味着,由于容器在使用中的一些潜在问题得不到及时处理,关键的维修和保养工作可能无法按照规定的周期和标准进行。不及时保养可能会使设备的老化、腐蚀或磨损问题逐渐恶化,容器失效的几率也会因此而增加。保修系统不合理运行的另一个方面就是检测不全面。可能是对容器的检测工作未能覆盖到所有的关键部位,因为设备不足,技术水平不够,或者是系统不完善。在这样的情况下,可能会忽略一些潜在的问题,使容器在使用过程中出现意外的几率增加。3 压力容器制造过程中的优化策略 3.1 压力容器内应力变形问题控制策略 为了有效控制压力容器内部的应力变形问题,为了提高容器的整体稳定性,厂家可以采取一系列的优化策略。一是通过优化焊接工艺,尤其是在高温环境下焊接时,合理地采取预热、降温措施,有助于使焊接过程中温度梯度减缓,从而减少内部应力的产生。对焊接过程进行细致的控制,保证焊接参数的精确调整,对降低温度梯度差异、减缓热应力的产生都有很大的帮助。在制造过程中可以用适当的支撑物和夹具来限制容器的形变,这是另一个关键策略。通过合理的支承结构设计,确保容器整体形状和尺寸符合设计要求,有效防止了焊接和加工过程中容器的非预期变形。这样可以帮助容器在使用过程中保持稳定性,降低变形可能带来的性能和安全方面的影响4。另外,还可以通过对材质的选择和热处理工艺的优化,使内部受力程度得到有效的降低。选用焊接性能好的焊接材料，降低材料内部的残余应力,使材料稳定性、可靠性得到提高。3.2 压力容器成型误差的变形问题及控制策略 在压力容器制造中,成型误差可能会使容器的形状和尺寸产生不规则的偏差,从而使其性能受到影响,安全性也会受到影响。厂家可以采取一系列的控制策略来解决这个问题。一是加强成型工艺质量控制,保证每一步成型工艺都达到设计要求5。二是减少误差的产生,采用高精度的制造设备和工艺工具。此外,为确保容器整体形状和尺寸符合设计要求,还应建立检测工具校验制度，建立计量台帐，定期校验,及时发现和纠正成型误差。3.3 容器焊接中变形问题的解决策略 在制造压力容器时,常见的挑战之一就是焊接过程中的变形问题。厂家可以采取多方面的优化策略来解决焊接过程中的变形问题。一是对焊接工艺参数进行优化,对热影响区域进行控制,减少变形的可能性。其次,焊接产生的内应力减轻,变形程度降低,采用预热、焊后热处理等方法。另外,在焊接过程中还设计了限制变形的合理支撑物和夹具。这些策略的综合运用,在保证焊接质量和容器整体稳定性的同时,有效地减少了容器在焊接过程中变形的问题。4 结语 压力容器制造过程中的质量问题,在设计、选材、制造工艺等诸多方面都需要厂家综合考量,是一个综合性、复杂性的课题。通过对质量问题根源的分析,提出了包括原料质量把关、控制内应力变形、解决成型误差、优化焊接变形等一系列的优化策略。这些策略的全面运用,可望在实际运用中,有效改善压力容器的制造品质,并确保更安全可靠。希望这些讨论能够为推动行业不断迈向更高层次的压力容器制造行业的切实的指导。参考文献 1成洲,郭洪强.压力容器制造过程中的质量问题与优化策略J.化学工程与装备,2023(10):149-151.中国科技期刊数据库 工业 A-210-2李富富.压力容器制造的质量控制策略J.化工管理,2023(26):51-53.3吕炯怡.压力容器制造质量管理控制要点分析J.中国设备工程,2023(15):227-229.4郭春锋.压力容器制造过程中常见质量问题分析J.全面腐蚀控制,2023,37(1):54-56.5冯琼.压力容器制造质量控制与监督检验措施研究论述J.中国设备工程,2023(1):163-165.