压力容器结构设计要点分析及解读

摘 要：压力容器属于特种设备，为保障压力容器的安全使用，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进社会经济发展，压力容器结构设计工作十分重要。由于压力容器的工作介质具有复杂多样性，操作压力、操作温度随不同的工艺单元更是不同，随着现在生产技术的飞速升级，高温、高压、低温、深冷各种工况频出，因此在结构设计中必须要注重安全性问题，需要设计者掌握压力容器结构设计要点，不断提高设计质量。基于此，本文重点对压力容器结构设计要点进行分析。

关键词：压力容器;结构设计;要点;分析

0 引言

压力容器设计中，合理的结构设计是设计工作的重中之重，必须要确保结构的设计质量，由于现有压力多在高温、高压、低温、疲劳及腐蚀介质等各种苛刻工况下工作，安全使用寿命要长达20年甚至更久，国家也加强了对压力容器各环节的管理特别是结构设计的管理工作，使得压力容器在制造、安装、使用、维修中的质量得到了保证。现如今，压力容器结构设计也在逐渐摆脱传统思想的束缚，彰显了现代化工艺设计理念，以安全性、时效性、经济性和谐统一为基础，全面加强压力容器结构设计的合理性。

1 压力容器结构设计要求

压力容器，特别是化工压力容器，其内部结构带有装配内件，设计工作十分繁琐、复杂，如果压力内部结构设计不当就会直接影响压力容器的性能，甚至会造成安全隐患，对设备及工艺单元的安全正常运行会造成极大的影响。这就需要结合压力容器的具体使用条件：使用介质、工作压力、工作温度、连接管口、工作环境等，根据现行有效的压力容器的设计法规、标准进行系统风险评估后方可始设计工作，这样才能够充分考虑潜在的风险因素，在设计的过程予以规避，保障设计质量，满足日益苛刻的使用要求，使得压力容器在设计使用寿命期间，设备能够安全可靠的运行。

2 压力容器结构设計要点分析

2.1 主体结构设计

在进行压力容器的主体设计时，要根据设备使用条件，按规则设计或应力分析设计的方法，对设备进行综合风险评估，确定合理的设备长径比及焊接结构。在保证强度安全的前提下，从本质上保证结构安全。一般情况下，低压容器直径大，壳体多为单层且较薄，易于加工制造。高压超高压容器则直径小，壳体较厚，且多为多层，目前多采用层板包扎的结构，具有良好的加工工艺性及经济性。

2.2 封头设计

压力容器的封头有球形封头、标准椭圆形封头、碟形封头、锥形封头、平盖几种型式。其中的球形封头由于其薄膜应力为相同直径圆筒体的一半，是最理想的结构型式，但是由于深度大，整体冲压困难，一般多用于高压容器。而平盖封头受力最差，在相同的受压条件下，比其他形式的封头厚的多。由于结构简单，制造方便，在压力不高，直径小的压力容器中使用，比较经济简便。而大多数的压力容器中，使用较多的是标准椭圆形封头、碟形封头、锥形封头，通过设置的封头直边段，避免了封头和筒体焊缝处的经向曲率半径突变，有效降低了不连续应力，改善了焊缝受力状况。

2.3 焊接接头设计

由于压力容器多为铆焊结构，其焊接结构非常多，采用合理的焊接接头设计，在保证焊接质量的前提下，有效提高工作效率。根据法规及标准的要求，将压力容器的焊接接头划分为A、B、C、D、E几大类。设备主体焊接接头，尽可能的采用对接结构，即A、B类焊接接头。在进行对接结构设计时，坡口与间隙会直接对焊缝质量造成影响，要根据不同的壳体厚度及直径，确定合理的坡口形状与间隙，在设计图纸上需要明确标注焊缝序列、代号、节点、名称。这样就可利用先进的自动焊接设备进行焊接，既方便焊接操作，又方便进行焊后无损检测，焊缝质量可得到有效保证。

在接管与壳体的焊接接头为D类焊接接头，需要在设计时最大程度的降低应力。特别是低温容器，要求结构尽量简单，减少约束，焊接接头必须采用全截面焊透结构，接管与壳体连接部位应圆滑过渡，接管端部内壁处还应倒圆。通过采取上述措施，可有效减少应力集中，保障D类焊接接头的安全可靠性。

2.4 开孔补强设计

在压力容器的结构设计中，不可避免的要进行开孔。特别是随着现在轻型化设计，开孔带来的设备壳体强度削弱及局部应力集中越来越严重。为了弥补强度消弱，可采用整体补强及局部补强。目前整体补强多用高压超高压容器。而大部分的压力容器，为减少壳体厚度，以降低设备成本，在设计过程中多采用局部开孔补强结构即：补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强的方式。具体的补强方式及结构，由设计都根据使用条件，在兼顾安全性与经济性的前提做出合理的选择。

3 结束语

综上所述，随着我国工业不断发展，当今压力容器在工业生产中的应用愈加广泛。由于压力容器的工作介质具有复杂多样性，操作压力、操作温度随不同的工艺单元更是不同，随着现在生产技术的飞速升级，高温、高压、低温、深冷各种工况频出，因此在结构设计中必须要注重安全性问题，需要设计者掌握压力容器结构设计要点，不断提高设计质量，保证压力容器运行效率和安全，预防和减少事故，保护人民生命和财产安全，促进社会经济发展。

参考文献：

[1]曹红霞，杨忠.压力容器结构设计的安全问题探讨[J].房地产导刊，2014（10）：22-23.

[2]顾兆东.浅谈压力容器结构设计的安全问题[J].科海故事博览·科技探索，2014（22）：256-258.

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