压力容器设计制造常见缺陷分析及应对措施

王健

南京延长反应技术研究院有限公司

摘要：压力容器在应用范围较广，通常被用于储存高毒性、高污染性、易爆等介质。由于压力容器的结构具有一定的复杂性，使用工况具有多样性，这就对压力容器的质量有着较高的要求。在设计和制造过程中，原料性能指标不达标、制造工艺单一等都是常见的问题，通过结合具体问题采取对应的措施，有效保证产品的使用安全性。

关键字：压力容器；设计制造；缺陷；措施

前言

压力容器在我国多个行业得到普遍使用，伴随着压力容器使用范围的扩大，不同规模、样式的压力容器问世。在压力容器的设计制造过程中，需要严格遵循设计要求，以保证产品的质量，而设计、制造环节也是压力容器经常出现缺陷的环节，主要和材料使用不当、工艺过程等有一定的关系。因此，通过不断优化压力容器的设计制造工艺，解决常见的缺陷问题，有效延长其使用寿命。

1 压力容器设计制造的常见缺陷

1.1 材料性能不达标

压力容器属于高性能器具设备，在加工期间需要增强高性能原材料的应用力度，以保证设计制造的质量。在压力容器的生产制造之前，通常需要结合实际情况选择合适的材料，以保证达到最佳性能，但从实际来看，材料性能不达标已经成为目前的常见缺陷之一。压力容器对于材料的选择有着严格的要求，一旦使用不当就会引起各种缺陷，高性能材料在压力容器制造中作用非常大，但是容易受到温度、湿度等因素的影响，使其稳定性发生改变[1]。在材料选购过程中，由于材料类型比较多，一旦其中一种材料的标准不达标，就可能对压力容器的整体性能产生影响，甚至在使用期间引起爆炸，或者其他的安全事故，严重威胁工作人员的安全。

1.2 法兰数值缺乏精准性

压力容器的一大重要零部件就是法兰，精准的法兰尺寸数值对于容器的设计方案有着重大影响。在具体的设计规划中，若未依据实际储存需求调整法兰的数值，则会对法兰的精准性以及其使用作用产生影响，甚至影响后续的加工制造。同时，在压力容器的设计中，如果没有仔细分析法兰应力情况，在具体的使用中可能比较容易受到外力影响，而法兰的结构、受力情况等与实际需求不相符，那么就会在制造中出现质量问题。

1.3 设计流程不规范

压力容器设计制造涉及多项工作，在具体的实施中，若没有严格按照实际要求规划方案，可能使得容器制造缺乏标准的方案支持。同时，在压力容器设计制造中未对各项工作流程进行优化，导致设计和制造环节的配合度降低，增加设计制造的难度，影响最终的使用效果。压力容器设计制造流程不规范，对大大降低设计制造的效率，从而引起各种问题。

1.4 焊接工艺不佳

焊接工艺对压力容器的整体性能有着保障作用，不管是什么样的工业用容器，都会涉及焊接工艺。压力容器通常需要结合实际需求选择相应的焊接工艺，且对焊接工艺有着较高的要求。压力容器一般在高温、高压的状态下工作，可以将压力分为纵横向两种，不管是哪一种都会严重冲击压力容器，而好的焊接工艺可以增强压力容器的性能。但是，由于实际的焊接工艺在纵横向选择上存在不合理的情况，导致实际焊接工艺不够理想，无法保证压力容器的整体性能。如图1所示，使用传统焊接设备焊偏而造成缺陷。

图1 焊偏缺陷

1.5 加工处理不到位

压力容器设计制造设计许多复杂性工作，必须要做好加工处理以保证最终的效果。由于以往的压力容器在加工制造期间缺乏严格的监管体系，极易出现各种质量监管不到位的情况，导致各种问题频发，例如工作人员操作不规范、测量仪器不够精准等，在各种问题的干扰下，使得压力容器制造过程的风险因素增加，从而引发各种缺陷问题，如压力容器变形等，从而影响其使用性能。

1.6 分气缸和储气罐设计问题

在压力容器分气缸设计中，处于进出气口的距离无法做到充分考虑；分气缸的开口、环焊缝间距设计也是需要重点考虑的问题，避免在焊缝处设计开孔位置，保证两者之间有一定的间距，以防局部应力产生较大的影响。

在储气罐设计中，材质是设计环节需要重点考虑的问题，由于储气罐对抗压性有着较高的要求，对于材质的要求也非常严格，若只考虑压力容器抗压性能，忽视了材质选择，则会造成不良后果。同时，储气罐长度、直径的比例也是设计环节需要考虑的问题，一旦两者比例不在设计要求的范围内，则会影响其性能。

2 压力容器设计制造常见缺陷的应对措施

2.1 注重材料的选用

压力容器作为多个行业的重要使用设备，如图2所示，为压力容器的设计步骤。为了避免设计过程中出现问题，就需要在设计环节重视材料的选用，以保证压力容器的制造质量。压力容器常用的两种材料为低合金钢、碳素钢，在采购期间应保证各个元素符合规定，仔细检查材料是否有国家有关部门印制的检验标志，只有保证材料合格才能够投入使用。同时，在设计中采用高强度材料时，注重对制造企业制造能力、经验进行考察，不能将报价作为选材的唯一评判标准。在采购期间要求材料供应商提供材料的合格证书，检查证书上是否标明材料质量、规格等满足国家规定要求。钢材最好选择压力容器专用钢，选择境外牌号的材料、材料制造单位首次制造的材料时，需符合TSG 21的规定。材料的力学性能检查也非常关键，确保符合要求，以防因材料的问题而影响整体的性能。

图2 压力容器设计步骤

2.2 精准计算法兰数值

法兰设计关系着压力容器的整体效果，通过精确计算法兰数值，加强管控，以保证压力容器的制造质量。在对压力容器进行法兰设计、数值计算时，需要从法兰力矩应力、环向应力、承受压力等几个方面进行分析，综合结构以及受力的实际情况全面考虑，计算出相关的数值和信息，获得压力容器的法兰数值，有效调整法兰设计方案，突出其在压力容器设计制造中的作用[2]。在法兰数值计算过程中，还应注重计算机的应用，借助计算机技术，精准计算出压力容器的法兰数值，并依据压力容器的设计制造要求，获得相应的法兰设计参数，更好地进行整体设计方案的调整，有效解决各种缺陷问题。

2.3 遵循标准流程进行设计制造

在压力容器的设计制造过程中，应严格遵循相关规定开展工作，保证压力容器设计制造流程的规范化，保障各个环节操作无误，从而增强压力容器的整体性能。在设计制造之前，依据储存的要求制定合理的设计制造计划，并收集整理各项关联数据，根据各项数据信息制定相应的流程方案，然后严格按照设计制造方案进行操作，确保压力容器的使用性能满足实际储存的要求。同时，在整个设计制造过程中，应做好突发风险的应对和预防措施，一旦在加工制造期间遇到突发性风险，能够有效应对，减少缺陷问题的发生。

2.4 不断优化焊接工艺

压力容器加工制造环节涉及多项工艺手段，为了保证工艺的效果，促进压力容器制造的安全进行，就需要对焊接工艺进行不断优化。针对压力容器焊接中出现的细微裂缝或者过度重叠等问题，需要重新思考纵横向关系，把控好十字焊接工艺，一旦存在工艺不合理的问题就会引起焊接裂缝，虽然无法完全规避这种情况，但是可以将这种问题的发生率降低在可接受范围之内。在一部分的压力容器制造中，若可以避免使用十字焊接工艺尽量避免，以减少缝隙的出现概率。在选取焊接工艺时，应结合压力容器的具体受力情况进行分析，保证所选的焊接工艺有助于提升制造的效益，减小对容器制造的不良影响[3]。如图3所示，使用加激光跟踪设备，实时依据焊缝左右、高低偏移等进行自动化调整，有效解决焊偏缺陷。

图3 焊接效果

2.5 加强制造环节的风险管控

压力容器设计制造期间难免会出现各种风险性问题，若无法及时有效地进行处理，就会影响其使用性能。所以，应积极应对压力容器设计制造中的各种潜在风险，加大风险防护。压力容器制造环节如果没有完全与设计方案保持一致，很可能影响压力容器的正常制造环节。由于压力容器制造期间存在多种不确定性因素，可能引发各种不良后果，所以，从着重于分析各种不确定性因素，有效进行调控，以保证压力容器的最终制造性能。在具体制造过程中，结合工艺流程以及技术规定的内容，规范进行加工，并使用规范的模具、样板等，有效把控压力容器的制造效果，避免后期出现变形[4]。同时，注意考虑成型压力容器的回弹量，这也是模具制造的重要影响因素之一，由于压力容器有热胀冷缩的物理特性，在热加工、冷处理之后，容易出现收缩现象，所以，在制造期间为防止后期变形，就可以使用定位卡模具，最好选择直径较大、厚度较薄的工具进行操作。此外，积极引用校对自动化技术，有效控制参数校对的准确性，防止人为校对出现偏差，确保各项参数在标准范围内。在生产制造期间，一旦出现异常情况，系统会自动调整，并储存异常数据，以供后续生产制造进行参考。

2.6 合理设计分气缸和储气罐

针对分气缸设计环节容易出现的问题，应在设计过程中加强对进出口气的距离把控，通过合理、精准计算，避免出现误差，确保进出口气间距的精准性，进而符合设计要求。

针对储气罐的设计，应注重储气罐材质的选择、尺寸的设计，将储气罐长度、直径比例控制在设计要求的范围内，保证其在使用中具有较好的性能。以2.0m3容积的储气罐为例，图4为图纸，表1为压力容器储气罐的规格参数。

图4 储气罐平面图

表1 压力容器储气罐规格参数

规格	容积m3	2.0
	工作压力Mpa	0.8	1.0	1.3	1.6
设计温度		150
容器总高		2860	2860	2860	2860
容器直径		1000	1000	1000	1000
进气口D1	规格DN	50	80	80	80
	直径mm	72	89法兰	89法兰	89法兰
	连接标准	Rp2	PL80-16	PL80-16	PL80-16
出气口D2	规格DN	50	80	80	80
	直径mm	72	89法兰	89法兰	89法兰
	连接标准	Rp2	PL80-16	PL80-16	PL80-16
安全阀接口		Rp1	Rp1	Rp1	Rp1
排污阀接口		Rp1/2	R1/2	R1/2	R1/2

2.7 注意防腐设计

大多数压力容器是使用金属材料制成的，在使用过程中会出现氧化的情况。所以，在设计制造中能够可以做好相应的防腐工作，可以适当添加铬元素，有助于提升压力容器的抗腐蚀性能，进而延长压力容器设备的使用年限。同时，定期检查压力容器，观察容器表层的金属颗粒是否均匀分布，只有当金属颗粒均匀分布的时候，才能够在使用期间均匀受力，从而降低其腐蚀概率、爆炸概率

[5]。

2.8 提升人员专业水平

在压力容器设计制造期间，为了避免人为因素造成的不良影响，就需要结合压力容器的使用要求优化设计制造方案，提升人员对于方案、参数的掌握程度，并严格按照规划的方案实施。设计制造人员自身专业水平的提升能够有效避免压力容器设计制造期间出现人为性缺陷问题，在具体的人员培养过程中，以压力容器安全加工制造为主要目标，在准确掌握相关知识的基础上优化设计方案，有效处理设计制造中存在的各种细节问题。以设计制造中的突发情况为例，只有保证人员互相配合，才能够有效应对各种突发问题，避免缺陷问题的出现。由此可见，设计制造人员的专业培养和能力提升对于压力容器设计制造质量有一定的保障作用。

结语：伴随着压力容器使用范围的扩大，对于制造质量也提出了更高的要求，以保证使用的安全性。针对压力容器设计制造中常见的法兰数值不精准、材料使用不合格、焊接工艺不佳等缺陷问题，应积极采取有效措施控制缺陷，以保证压力容器的标准性。

参考文献：

[1]谭琇遥.压力容器设计及制造常见问题浅析[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(24):26-28.

[2]孙辉.压力容器设计制造中的典型问题及对策[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(24):23-25.

[3]徐昊,周彬,李萍,孙建,刘庆军.压力容器设计制造中的典型问题及对策分析——以S公司为例[J].大众标准化,2020(02):116-117.

[4]周明.压力容器设计制造常见缺陷及应对措施[J].设备管理与维修,2021(22):133-135.

[5]赵博,李健.关于压力容器设计制造安装常见的问题及解决方法[J].化工管理,2020(29):170-171.