关于压力容器优化设计的探讨

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Academic学术啥尔滨电气股份有限公司 -高英摘要 ：优化设计是指在工作开展前 ，至少针对工作的开展设计两个方案 ，进行对比从中选择最佳方案。压力容器的优化设计亦是如此 ，本文通过分析压力容器的设计要求以及设计方法 ，探讨如何进行压力容器优ti-'t，f。

压力容器属于密闭设备的-种，常用于承装液体、气体等物体，可承受-定的压力。压力容器的设计通常要符合安全要求与经济要求，为了满足这两个基本要求则要对设计方案、材料、结构以及参数等合理选择。压力容器设计方案的内容主要有密封设计、刚度、强度以及结构等。基本设计步骤：①结合客户的使用需求与容器工作的环境，明确设计参数 ②通过对容器结构的分析，进行初步选材，选材时采用适合的标准与规范，并进行强度计算以及应力分析，以确定构件的尺寸与材质；③绘制设计图纸，提供设计方案的计算书与相关技术文件：压力容器在投入使用前需经过许多环节，通常为设计-制造-检验-安装- 运行监督-维修，在压力容器的制造过程中，设计是相当重要的环节，、设计工作要符合设计的固定原则。安全问题是压力容器制造的重点，制造过程要严格落实容器各方面失效检验工作，例如泄露、失稳、刚度与强度等，通过力学分析的结果以及实验所得失效数值，判断容器有无失效问题，并遵循企标、地标、行标以及国标等使用的标准规范，结合实际问题及时进行改进处理。

I.压力容器的设计要求压力容器应用范围广泛，常见于国民经济中的各个行业，例如科研、石油、化学工业与能源工业等，该设备对经济的发展具有重要作用。石油行业与化学工业的产品危险性较高，优质的压力容器是降低危险性，保护该行业工作人员人身安全的前提。因此对压力容器的设计要求也较高，也间接导致生产过程更复杂。压力容器设计的基本要求如下：1.1满足工艺的要求对于容积规格、厚度规格、直径规格、开孔接管、密封等方面工艺生产的要求均要满足，A'I-，还要满足压力容器对温度、压力的要求，尤其是化学工业与石油行业等危险行业，必须严格根据要求给予满足。

1.2保障工作的安全压力容器内部储存物质的危险性通诚高，例如具备强腐蚀性、强毒性、易燃性，极易引起恶性事故。工作中压力容器内部会有-定程度的能量积聚，若此时发生破坏，内部的能力可在短暂的时间内释放，其巨大的摧毁力对人力、物力的损伤有严重影响，因而要保障工作中的安全。

1.3使用寿命的保障压力容器受外界因素的影响，其本身的使用也会受到-定的影响。因此，为了延长压力容器lit Machine China中国机械的使用时间，保障物料存放的安全性，在压力容器设计时，应加大压力容器的安全系数，解决容器受外界影响导致使用时问缩短的问题。

1.4符合经济效益压力容器的方案设计要符合经济效益，尽量实现重量轻、制造方便、结构简单的设计，减少贵重材料的使用，以降低容器制造成本以及维修的费用，从而达到压缩成本的目的。

l5结构简单化为了确保压力容器在各个环节的便捷性，就要将便捷性融入设计方案的各个环节中，以降低危险作业的系数，增强设备安全♂构设计简单化不仅可方便加工与验查环节的操作，还可保障设备的质量，若设备出现问题也可及时发现并正确处理。此外，对于特殊的应用需求均可实现，例如快拆快装、常拆常装等。

2.压力容器的设计方法2.1常规设计压力容器基本设计是以考虑不连续应力以及弹性失效准则为基矗这-设计理念是借由形状改变比能、最大切应力以及最大拉压力等准则，通过中径公式分别计算简体强度、简体径比以及应力强度，通过计算获取压力容器内部塑性转折点以及弹性转折点 (即初始屈服压力)，称为进入了失效状态。

对后壁圆筒而言，其弹性失效的准则为：： 2I fp-只这-种设计方法是基于材料力学以及板壳薄膜理论，简化而偏理论设计的-种，此方法考虑不全面，未能考虑到其他类似的影响因素，例如因变载荷所导致的疲劳应力、边缘应力、热应力等，因此，这-种理念准则所设计的设备其安全系数偏低，通常是采取的弥补措施是将安全系数提高，然而采取方法也在无形中造成浪费现象，且增加了设备的不稳定性。

2.2优化设计由于现代社会的发展速度不断加快，科技也因此发展起来，新的材料以及技术在各个领域中的应用范围逐渐扩大，客户对压力容器的质量要求也不断提高↑年来，客户所提出的新要求、新功能，原先的常规设计方法已无法满足这-要求，为了跟上社会的发展步伐，解决客户的要求，优化保守的常规设计，优化设计的新理念也因此而产生。新的设计理念不仅适当调整了过于严格的应力计算，且针对需用应力合理增加了数值，进-步提高了设备结构的整体安全，这-设计理念又称为 弹塑性失效准则”。

《钢制压力容器--分析设计标准》是通过最大剪切应力来判断材料屈服能力为前提的-种理想化准则，即第三强度理论。但就压力容器的实际工作状况而言，会因此面临许多问题，例如断裂失效、爆破失效、塑性失效、弹性失效等问题，因此要增加设计方案的可靠性，做好以下方面：(-)，izl-挑选压力容器硬件设备的材料时必须要以符合选材标准为前提，例如密封达标、结构合理、焊接 良好、温度承受能力好、压力忍耐力强等，此外还要考虑选材安全性以及经济性，切勿盲目拔高而增加材料成本。

(二)强度若客户对压力容器设备有特殊要求，例如体积整体尺寸较大、后壁结构以及高承受能力等，为了满足客户对强度的需求，优先选用低合金钢材料 [2]，若客户对压力容器的要求不大，可采用普通的碳素钢，通城体壁厚为 8m 为界限，对其区分。

(三)区分对待应力不同的应力以及相同应力不同分布均会引起不同的失效模式，因此在优化设计是要区分对待应力。压力容器所承载的负荷种类繁多，主要分为 3种，分别为初次、二次以及峰值应力，3种应力会产生不同的情况，但均要区分对待，进行针对性解决。

(四)重视细节在进行热处理设计时，不仅要考虑设备主体工艺的编排，还要重视接管、封头等细节附件的工艺安排，避免引起重视不足而缩短设备的可用时间，增加设备的危险性。

3.结束语综上所诉，优化压力容器设计方案时，在保证设备功能的基础下，通过对设备的各个环节的合理设计，实现设计方案的合理性、经济性、安全性以及便捷性，尽量提高经济效益，增加企业的收入，实现优化设计的目的。