摘 要：压力容器在工业生产中属于通用性的特种设备，在苛刻的环境和承压状态下工作，一旦发生事故，会造成不可估计的财产损失甚至人员伤亡。通过探讨压力容器设计中的若干技术问题，以期指导压力容器设计。

关键词：压力容器；设计方法；开孔补强；焊接；腐蚀

伴随着我国经济的不断发展和科学技术的不断进步，我国压力容器设计水平和制造能力已跻身于世界压力容器生产强国之列。近十年以来，我国自主设计并制造了600MW和1000MW核电站设备、1000万吨/年炼油装置设备和100万吨/年乙烯装置设备等[1]。但从压力容器行业上看，目前我国很多企业生产的压力容器在設计方面都出现了一些技术性错误。本文通过对压力容器设计若干技术问题的探讨，以期对压力容器设计有一定的指导意义。

1 压力容器设计方法的选择问题

目前压力容器的设计方法主要分为常规设计和分析设计[2]。常规设计依据弹性失效准则，相应的设计标准有GB150和美国ASME第Ⅷ卷第1册以及日本JISB8243等。分析设计依据塑性失效准则和弹塑性失效准则，相应的设计标准有JB4732和美国ASME第Ⅷ卷第2册以及日本JISB8250等。

压力容器的常规设计是一种简单易行但相对保守的传统设计方法，采用最大应力作为设计参数的依据，不考虑结构的热应力、局部应力、边缘应力和峰值应力等。基于常规设计的压力容器相对比较安全，但成本高并且笨重。分析设计利用数值计算技术，基于第Ⅲ强度理论或第Ⅳ强度理论确定压力容器的设计参数。与常规设计相比，分析设计可节省20%～30%的原材料，有效减少制造加工量和降低运输费用等；但是分析设计对于选材、制造、检验和验收规定的要求都要比常规设计更加严格。因此，设计人员应当基于压力容器的设计标准，根据实际生产需要，考虑制造运输成本，合理选择压力容器的设计方法。

2 压力容器的开孔补强问题

在压力容器的设计和生产中，开孔是不可避免的。压力容器开孔后，其整体强度有所减弱，开孔局部区域的应力较为集中。这主要是因为：①开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中；②接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力；③壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。为降低开孔局部区域的应力集中，可以在该局部区域进行补强。

开孔补强的设计方法在压力容器设计中是一个重点和难点[3]。开孔补强的基本原理主要分为等面积法和分析法。等面积法以受拉伸的开孔大平板为计算模型，以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则，壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积必须有补强材料予以等面积补偿。分析法是基于壳体的极限分析，该方法比等面积法更加合理，但受到开孔壳体和补强接管的尺寸限制。压力容器开孔补强的措施主要有：①增加整个筒体的厚度；②增加补强圈的厚度或接管的厚度；③增加开孔处局部筒体厚度或加大补强圈的宽度。

3 压力容器的焊接问题

压力容器的焊接问题主要有焊接裂纹、焊接咬边和焊接气孔等。焊接裂纹是由于焊接应力或者其他因素的作用下，焊缝部位产生裂纹。消除焊接裂纹的措施有：①选用低氢型焊条；②焊接完成后要进行淬火处理；③选择合适的焊接技术。焊接咬边是指在焊接过程中焊接部位出现凹槽。避免焊接咬边的措施有：①根据焊接材料采取不同的焊接方法，调整焊接角度和电流大小；②焊接人员在焊接过程中要时刻观察焊接部位的变化，做到焊接咬边及时发现和及时治理。焊接气孔是指焊接过程中熔池中的气体无法析出。消除焊接气孔的措施有：①保证对接口和波口边缘的洁净；②控制溶渣的浓度；③注意及时更换焊条。如果压力容器的密闭性不达标，服役期间发生泄漏，不仅对其内部介质不能起到保护作用，甚至会威胁到施工人员的人身安全。

4 压力容器的腐蚀问题

目前绝大数的压力容器都是由金属材料构成。压力容器与环境的反应而引起材料的破坏或变质就称为压力容器的腐蚀[4]。压力容器腐蚀的类型大致可以分为：物理腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀和电化学腐蚀等。影响腐蚀的因素的主要有：介质温度、压力、溶液的pH值和流速。为了延长压力容器的服役寿命，通常采用的防腐措施有：①选用合适的材料；②采用缓蚀剂；③提高压力容器的焊接质量；④使用防腐涂料；⑤衬里防护；⑥表面喷丸强化；⑦加强管理维护。此外，在压力容器的设计阶段，设计人员应当综合考虑压力容器的服役环境对压力容器的影响，采用最大腐蚀速度作为计算依据，确定压力容器的最大腐蚀裕量。

5 结语

压力容器设计直接关系到压力容器设备在工业生产中的价值。只有严格按照国家相关的法律法规和压力容器行业标准进行科学设计，才能确保压力容器在服役期间内的安全性和可靠性，提高我国压力容器的生产效益和国际竞争力。

参考文献：

[1]陈学东，崔军，章小浒，等.我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望[J].压力容器，2013（12）：1-23.

[2]王婷，王静，邱金梁.探讨压力容器设计要求及设计方法[J].化工管理，2013（2）： 33-34.

[3]孙昕.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].化工管理，2016（14）：196-197.

[4]张国杰，赵振远.压力容器设计若干技术问题解析[J].化工管理，2016（9）：77-77.

作者简介：

朱栋良（1987- ），男，汉族，安徽省阜阳市人，当前职务：化工设计工程师，当前职称：助理工程师，全日制本科学历，研究方向：化工机械。