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摘要：壓力容器在民用、軍工等生產制造部門較為常見，還經常應用在科學研究領域中，其中以石油化工、化學工業中應用頻率最高，壓力容器占石油化學工業總容器的50%左右，主要用于反應、傳質、傳熱、運輸、存儲等環節，壓力容器應用普遍性可見一斑，一旦壓力容器機械強度無法得到保障，將直接影響工業企業生產加工綜合成效。本文通過簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計方略，以期為提高壓力容器機械強度提供依據。

關鍵詞：壓力容器；機械強度；可靠性；設計

壓力容器（pressurevessel）主要是指承裝液體或氣體且承載一定壓力的設備，該設備呈密閉狀態，為保障壓力容器安全穩定、可以有效應用在工業企業及相關領域中，我國推行《壓力容器安全技術監察規程》，針對壓力容器介質危害性、工作壓力、生產作用進行規范，確保壓力容器設計、制造、應用安全有效。然而，相較于西方發達國家，我國壓力容器設計、制造經驗相對較少，加之與壓力容器機械強度相關研究基礎較為薄弱，無法保障壓力容器機械強度全部達標，這也為本次研究創造條件?；诖?，為提高壓力容器機械強度，在總結以往研究與實踐經驗基礎上，簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計方略顯得尤為重要。

1簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計基礎理論

壓力容器泛指一切承受壓力的密閉容器，如空氣壓縮機、貯氣罐、油水分離器、冷卻器、蒸發器等，壓力容器具有以下幾個特點：一是將≥0.1MPa設為工作壓力；二是將≥0.15m設為壓力容器內部直徑，將≥0.25m3設為該容器容積；三是將《壓力容器安全技術監察規程》視為壓力容器機械強度可靠性設計規范，其介質是與標準沸點相等的氣體、液體。為保障壓力容器機械強度可靠性設計科學、合理，需從幾個方面分析相關基本理論：一是設計工藝參數。設計工藝參數作為保障壓力容器機械強度可靠性的基礎，囊括溫度、壓力、介質三大方面，其中設計壓力在設計溫度下產生，在確定該容器屬性基礎上，對其元件尺寸、壁厚進行設計，依據壓力容器正常工作狀態下，金屬元件所需承受的溫度予以設計，介質參數設計囊括易燃介質（空氣爆炸上限、下限均等于20%，或空氣混合爆炸下限＜10%）、毒性介質（輕度危害、中度危害、高度危害、極度危害）、腐蝕介質（鹽酸、硫酸、硝酸、環氧酸等），依據相關規范及壓力容器使用需求予以設計，為落實壓力容器機械強度可靠性設計目標奠定基礎；二是制定壓力容器機械強度設計基本要求。針對壓力容器強度（抵抗過量變形、破裂的能力）、剛度（抵抗彈性變形的能力）、穩定性（抵抗外部載荷的能力）、耐久性（抵抗機械磨損的能力）、密封性（抵抗介質泄露的能力），依據壓力容器分類情況制定設計要求；三是規范壓力容器機械強度可靠性設計成果檢驗標準。在設計得出壓力容器后，需針對該容器基本結構（儲罐、擴大器、加熱容器、收縮器、分離器、特殊容器等）、基本組成（筒體、封頭、端蓋、法蘭、接管、支座、手孔等）、安全附件（安全閥、壓力表、液位計、溫度計、閥門等）、內件（折流板、導流擋板、折流碗等）等設計檢驗標準，避免壓力容器元件出現影響其機械強度可靠性消極現象；四是壓力容器機械強度可靠性設計原則。壓力容器機械強度可靠性設計需秉持經濟性、安全性并重原則，確保該容器密閉性良好、結構完整，可以最大程度上節省設計及制造所需原材料，降低該容器后期運維成本［1］。

2簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計基本步驟

基于壓力容器類型、作用存在差異性，其對機械強度可靠性設計的要求不盡相同，為此設計人員需從實際出發，在經濟性、安全性并重原則指引下，遵循《壓力容器安全技術監察規程》，依據壓力容器設計參數，大體將其機械強度可靠性設計分為以下幾個步驟：第一，計算設計參數。在明確壓力容器工藝參數后，將其帶入壓力容器設計公式中，通過計算得出其機械強度可靠性設計數值，為精準落實設計目標奠定基礎；第二，明確工件故障概率。影響壓力容器機械強度的因素很多，為此設計人員需在設計前掌握工件故障概率，繼而通過科學設計降低該容器故障發生幾率；第三，掌握故障分布規律。容器大小、壁厚、口徑、腐蝕率等因素均會影響壓力容器機械強度可靠性，為此設計人員需從壓力容器整體出發，在工件故障概率加持下，探尋該容器常規應用條件下故障分布規律，并確定其機械強度可靠度指數；第四，合理選擇制造材料。壓力容器對制造材料參數有一定要求，如受載參數、形變參數、抗腐蝕參數等，為此需依據設計標準合理選擇制造材料，達到保障壓力容器機械強度可靠性的目的；第五，計算應力均值。在掌握壓力容器故障分布規律基礎上，依據可靠度指數設計該容器應力均值；第六，壓力容器尺寸與應力均值存在關聯，在得到應力均值后可設計壓力容器壁厚尺寸，助力技術人員完成壓力容器設計任務［2］。

3簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計價值

所謂“可靠性”主要是指壓力容器在正常應用情況下，其可充分發揮相關功能，不會出現影響該容器所在企業及工藝流程生產制造正常性、穩定性、安全性，壓力容器運維成本可控，使用壽命相對較長，繼而凸顯壓力容器機械強度可靠性設計價值。為保障設計人員可有效踐行壓力容器機械強度可靠性設計理論，并依據該容器設計步驟完成相關工作，保障壓力容器機械強度達標，需對壓力容器機械強度可靠性設計價值予以簡單探討，旨在引導設計人員樹立壓力容器機械強度可靠性設計意識，為落實該容器可靠性設計目標夯實人力基石。（一）提高產品質量。壓力容器種類繁多，依據工業企業及科學研究等領域對壓力容器的切實需求，該容器結構、類型、元件配置復雜程度將不斷提升，影響該容器機械強度可靠性的因素隨之增多，需技術人員在生產制造壓力容器前做好設計工作，從該容器實際應用需求著手，深入分析影響該容器可靠性的因素，以此為出發點制定設計方案，確保壓力容器性能穩定、結構合理、安全可靠，為充分發揮該容器應用能效，提高該產品質量奠定基礎。（二）推動壓力容器生產制造企業朝著產業化、集約化方向發展。為保障壓力容器生產制造企業可以獲取更高經濟收益，該企業需在經濟性、安全性并行原則指引下，科學設計壓力容器機械強度制造方案，確保其機械強度達標，總結該容器機械強度可靠性設計經驗，使企業在生產制造壓力容器時可以少走彎路，避免在該容器試驗生產環節浪費過多資源，在保障該容器性能穩定、安全可靠基礎上，推動相關企業朝著集約化、產業化方向發展，繼而為相關企業帶來更高經濟收益［3］。

4簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計指標

4.1可靠性指標

壓力容器機械強度可靠性指標主要是指該容器在特定應用條件下，發揮自身功能且穩定運行的概率，通常情況下壓力容器機械強度可靠性指標用“R”表示，影響該指標的因素主要有研究對象、功能實現、作用條件、研究時間、概率值等，為方便設計人員應用該指標，完成壓力容器機械強度可靠性設計任務，可以將可靠性指標用如下公式表示：R=R（t），其中“t”表示壓力容器應用周期。

4.2維修性指標

維修性指標主要是指產品在發生故障后，在指定條件下完成維修任務的概率，為此維修性指標與壓力容器維修難度、維修條件、維修用時等因素息息相關，需技術人員在掌握壓力容器維修方法基礎上，適當提高維修速率，使該產品可以在短期內達到維修前的工作狀態，降低壓力容器機械故障對其所在企業或工藝流程中的消極影響。

4.3安全性指標

壓力容器安全設計成效與壓力容器機械強度成正比，為此需技術人員關注該容器安全性指標，降低該容器失效率。通過分析壓力容器機械強度安全性設計研究成果可知，從19世紀80年代開始，國際社會著手研究壓力容器安全性指標，其中美國、英國、德國等西方發達國家壓力容器機械強度及其安全性相對較高，其中德國壓力容器機械強度安全性研究數據是國際通行標準制定依據。這表明我國還需在學習國際先進研究成果基礎上，加大壓力容器機械強度可靠性設計研究力度，確保該容器生產制造符合本國工業企業及科學研究等領域的應用要求，為提高該容器安全穩定性奠定基礎。

5簡單探討壓力容器機械強度可靠性設計基本方法

5.1關注極限應用情況

壓力容器在工作狀態下會改變筒體壁厚，加之受筒體應力影響，會使筒體出現受力不均局部形變現象，為此在設計壓力容器時需率先分析筒體工作環境參數，從應力、腐蝕速率、壓力等因素著手，科學設計筒體壁厚，密切關注壁厚與腐蝕率的關系，為科學設計該容器壁厚奠定基礎，避免壓力容器筒體存在屈服失效、出現裂痕、腐蝕嚴重等質量問題，這就需要技術人員關注壓力容器極限狀態，旨在通過設計提高壓力容器可靠性。

5.2科學應用受壓材料

受壓材料質量直接影響壓力容器機械強度可靠性，為此需技術人員依據該容器設計壓力、腐蝕環境等客觀因素合理選擇受壓材料。除保障受壓材料質量外，還需設計人員遵循國家標準，合理選擇該容器介質，降低介質對受壓材料的消極影響，同時壓力容器內部結構需設計得科學、合理，達到提高該容器機械強度可靠性的目的。

6結束語

綜上所述，基于壓力容器應用領域及工藝環節存在差異性，該容器在設計進程中的可靠性指標、維修性指標、安全性指標不盡相同，以此為基礎所設計的內部結構、容器壁厚，以及該容器生產制造所需受壓材料均有區別，這就要求設計人員從實際出發，在累積壓力容器設計及制造經驗基礎上，關注該容器極限運行情況，科學應用受壓材料，遵循國家規范及經濟性、安全性并行原則，積極創新設計壓力容器，為提高壓力容器機械強度可靠性奠定基礎。

參考文獻：

［1］崔健,郭樹平,李肖蔚.壓力容器的機械強度可靠性設計分析［J］.技術與市場,2016,23(5):224-224.

［2］宋沖,白宇.對壓力容器的機械強度可靠性設計的探討［J］.商品與質量,2016(3):107-107,108.

［3］黃勝.對壓力容器的機械強度可靠性設計的探討［J］.山東工業技術,2015(24):44.

作者：田旭 單位：遼東學院