1、1压力容器设计技术进展【摘要】近年来，随着我国经济的发展，我国在压力容器设计技术方面也在快速的发展，但是随着我国在科学技术方面的不断进步，我国的压力容器设计技术正在不断地提高，这对于我国经济的发展，对这一设计技术的进步具有重大的意义。笔者结合自己的研究，对压力容器设计技术的进展进行分析。 【关键字】压力容器设计，技术，进展 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 加强对压力容器的设计技术的分析，可以不断的提高我国在压力容器设计方面的进步和发展，促进我国压力容器设计技术的不断进步，其意义十分重大。 二、国内外压力设备标准、规范和法规的发展 标准体现行业综合技术水平和管理水平，
2、先进的标准促进行业的发展，提高压力容器产品的竞争性和质量。我国压力容器标准化技术委员会自 1984 年成立以来，迄今已是第三届。经过我国压力容器标准化工作者的努力，已制定了以 GB150钢制压力容器为核心的一系列产品的标准、基础标准和零部件标准，构建了压力容器的基本标准体系。全国压力容器标准化技术委员会 1999 年 12 月在上海召开的第三届第二次全体会议，对标准的修定程序做了修改。从原来的标准编者组稿，编制组进2行协调、送审、修改、报批和出版发行的修订程序，更科学合理地改为以标准修订提案审查制度为核心的现代压力容器标准制定修订程序。 压力容器标准国际化、一体化的趋势更加明显。欧洲议会在 1
3、997年 5 月正式批准了统一的压力设备指令，于 1999 年 11 月引入欧盟成员国的法规，并于 2002 年 5 月在欧盟内强制执行。欧洲标准化委员会正争取将欧洲标准上升至国际标准。美国和日本等国家也为争夺国际市场，积极采取措施加速国际标准的制订。ISO 提出 ISO15386 国际锅炉压力容器标准草案，主要内容是国际标准的基本要求、质量体系、结构安全性等要求和各国标准成为国际标准的注册认可程序等。 2000 年 4 月在悉尼召开的 ICPVT-9 全体会议，探讨国际标准的内容，拟定压力设备通则，消除因各国标准的差异可能出现的技术壁垒，达到各国标准的相互认可，实现压力容器产品的自由贸易。会
4、议报告从不同侧面介绍了欧共体在压力设备标准、规程、法规等方面的发展状况和指导思想，对别国相应的标准、规程、法规很具参考价值，对标准的国际化起了促进作用。 三、压力容器的设计要求 1.确保工艺生产的顺利完成 有些压力容器应用于工能够业生产中时是要承担完成相应的工艺过程，例如石油化工生产中，整个工艺过程要在压力容器中进行，这就要求压力容器要满足整个工艺要求达到的压力、温度以及各种工艺完成所需的其他规格标准。 2.确保安全可靠的运行 3一些应用于化工生产的物料多数具有强烈的腐蚀性和易燃性，甚至是毒性，很容易在生产过程中引发火灾甚至是恶性的爆炸事故，使得压力容器内部储存的能量瞬间释放，具有极大的摧毁力
5、。因此在进行容器设计时一定要保证容器能够安全可靠地进行运行。 3.满足预定的使用寿命 化工生产材料会对压力容器进行腐蚀，使得压力容器器壁变薄甚至烂穿，造成生产安全隐患。因此，在进行压力容器设计时一定要选择合理的材质，并且经过科学计算确保压力容器在使用寿命周期内的结构性能的完好性。 4.经济性 压力容器在进行设计时，在保证安全使用的前提下，尽量结构简单、方便制造，尽量节约贵重材料的使用降低制造成本和维修的成本。尽量提高压力容器的性价比。 四、压力容器设计技术的进展 1、压力容器应力、应变的详细分析与评定 对压力容器应力、应变的详细分析与评定，其实质就是运用较精确的计算应力分析和实验应力分析方法，
6、对其强度进行全面的校核。不同性质的应力具有不同的重要性，它们对容器破坏所起的作用不同，导致容器失效的形式也各不相同。容器各部位实际应力、应变状态分析的完善精确程度，是进行全面强度校核的基础。目前，许多国家在设计要求较高的容器时，均应用近代的计算应力分析和实验应力分析技术，详尽分析各种应力的实际情况，并广泛接受与采用美国 ASME 规范第 1 卷第 2 4册中确定的应力分类法，以及对各类应力强度的限制，将容器中不同的应力分别限制在不同的数值，以防止可能出现的各种失效。和传统的设计方法相比，详细的应力分析方法既降低了安全系数，减轻了产品重量，节约了材料，又有效地防止了不同应力可能引起的不同失效，确
7、保了容器的运行安全，具有多方面的优越性。 2、塑性失效设计方法的研究 塑性失效设计准则是建立在弹塑性理论基础上的。对于局部薄膜应力、弯曲应力的应力强度，可以允许有较大的许用数值，亦即允许出现局部塑性变形，而又不导致失效，这就是塑性失效设计准则。对于只在局部地区发生的局部薄膜应力和沿壁厚方向非均匀分布的弯曲应力而言，当其最大应力达到屈服极限时，只能引起局部屈服，而容器大多数区域仍处于弹性状态，因而不会导致失效。在这种情况下，如果还以弹性失效作为破坏准则，就会使大部分材料的潜力得不到发挥。 3、疲劳设计 材料在反复交变载荷作用下的破坏称之为疲劳。疲劳破坏时没有明显的塑性变形。在以往设计压力容器时，
8、疲劳并未作为一个重要因素加以考虑，这是因为压力容器和回转构件不同，在它使用期间并不承受高循环周次的交变载荷，而且以往的设计应力较低（即安全系数较大） ，压力容器用钢又多为塑性良好的材料，因此，疲劳问题在压力容器中并不突出。 近年来，各国设计规范的安全系数普遍降低了，因而提高了容器的设计应力，这样，开孔接管等处的局部峰值应力可能超过了材料的屈服5极限。此外，随着容器的大型化，各种高强度低合金钢日益普遍采用，这些钢种在制造过程中容易产生裂纹及其他缺陷，从而增加了疲劳破坏的危险性，据统计在压力容器破坏事故中，由于疲劳裂纹逐渐扩展而引起的破坏，约占事故总数的百分之四十，其中多数引起容器泄漏，但也有突然
9、破裂而造成灾难性事故。因此，疲劳问题的研究日益引起各国的重视。 压力容器的疲劳问题属于应变控制的低循环疲劳。它的特点是应力水平很高，其峰值应力甚至可能超过材料屈服极限的两倍，而失效的循环次数较低，通常在 102 105 次之间。 4、概率设计 概率设计是用近代数理统计的方法，全面评价容器的安全程度和经济合理性。失效的可能性大小可用概率设计计算，同时，概率设计可以根据某一具体产品所要求的最低可靠性概率，向各个零部件合理分配其必须具备的可靠性概率，这样，既满足了总体要求，又改善了经济性。 五、压力容器设计需注意的问题 1、大开孔采用补强圈补强 容器上开孔较大时，如果其设计压力较大，采用与圆筒等厚度
10、的补强圈往往不能满足等面积补强法的要求，原因是随着开孔直径由小变大，补强圈外径与内径之比由大变小（2.01.6） 。当开孔直径较大时，虽然容器壳体的有效补强范围仍然为 B=2d，但补强圈外径有所减小，这时如果圆筒中承受内压的计算厚度占其名义厚度的比例较大，则可用于补强的面积所剩无几，若此时采用与圆筒等厚的补强圈补强，补强圈外径与6内径之比接近 1.6，就可能无法满足“等面积”的补强要求，此时应增加补强圈的厚度使补强金属尽可能靠近开孔处。 2、换热器管箱开孔补强 当换热器管箱的开孔需要进行开孔补强设计计算时，有时因管箱长度不够不能满足有效补强的范围要求，受工艺条件的限制又不能增加管箱长度，此时虽然设置了补强圈但补强效果可能满足不了要求，若没有按比例绘图，很容易忽视这一问题。 六、结束语 综上所述，鉴于压力容器设计技术的重要性，我们应该不断的加强对压力容器设计技术的研究，促进其进步。 参考文献： 1任国栋,孔春元,任秀玲.基于 ANSYS 的压力容器多变量优化设计J.机械工程与自动化.2010(01) 2 马炳贤.压力容器设计若干技术问题解析J.硫磷设计与粉体工程,2011(6). 3李景辰，等. 压力容器基础知识. 北京：劳动人事出版社，2008.
