摘要：压力容器的结构将决定容器所承受的最大压力差，容器内普遍存放高温易爆物质，如果没有对结构进行分析与评估，一旦出现问题，就会造成严重的事故。本文就如何对压力容器的实际结构承载进行分析，并且评估相应的潜在危险进行了研究。
关键词：压力容器；容器结构；分析与评估
压力容器一般储存企业生产需要使用的高温易爆物质，有些容器内部结构不合理导致裂缝的出现，如果老化情况严重，就容易引发重大事故。容器内部危险物质一旦扩散，就非常容易导致爆炸、火灾、污染等恶性事故的发生，不仅会对群众财产造成损失，更有可能对群众生命安全造成威胁。
一、压力容器结构设计标准
（一）结构设计平滑
为了保证压力容器受压区域应力平均，需要采取平滑的结构形状，如果受压区域存在不规则几何体，就容易造成区域应力不平均，因此为了平衡压力容器内部压力差，就需要采取平滑的结构形状，将应力平均分配到受压区域，避免单一点压力过大造成容器破损。由于压力容器是不规则柱体，所以一些区域压力会不可避免的增大，而且由于结构物理特性不同，有一些区域也会降低强度，为了避免压力点与强度降低区重叠，就需要在设计过程中计算出压力增长点位，并且避免在压力增长点位进行开孔、焊接等降低结构强度的工作。
（二）调节刚性与胀缩能力
一些焊接结构会使压力容器的刚性急剧增加，刚性过大并不会帮助压力容器增强膨胀与收缩的能力，而且还会因为焊接构件产生极大的焊接应力，在实际储存过程，壳体受到内部压力波动而产生变形，但是由于焊接应力过大导致压力容器无法发生膨胀或者收缩，容易发生壳体破损。有一些压力容器会接触热源，导致受热区域产生热膨胀，如果容器膨胀能力不足就会发生破损，所以需要减少结构约束力，增强容器膨胀与收缩能力。
（三）对压力容器结构要求
对容器受热区域需要保证冷却水循环工作，通过调整水位来加速压力容器受热面的冷却效果。为了保证压力容器运行过程中不会出现问题，需要在设计结构的过程中设置好膨胀值，准备备用压力容器部件，并且做好安全保护措施，避免压力过大造成的设备损坏。在选择开孔焊缝位置上也需要根据结构安排进行布置，强压力区需要避开因为结构安排而降低强度的区域，避免复合应力集中某一区域。为了防治储存物质发生渗漏情况，应当加强密封性，并且进行防爆处理。为了更方便安装与清洗压力容器，需要在结构设计上进行调整，并且对于整体承重能力需要进行计算，避免腐蚀性物质侵蚀容器。
二、结构分析方法
根据结构的不同应当主要分析以下几种方法
（一） 焊缝分析法
根据实际事故原因统计，焊接处断裂是最常见的破坏事故，所以需要对焊缝进行分析。在分析过程，需要对焊接结构的应力集中区进行分析，并且查看焊缝是否在压力容器主要受力区域。要避免焊缝与高应力区域重叠，造成应力叠加化，从而使容器焊缝崩裂，导致危险的发生。
（二） 连接处分析法
压力容器内部存在很多种突起部位，由于此类区域结构不规整，很容易造成应力集中，如凸起的封闭头、筒形过渡部分、圆柱形过度部分、椎体过渡部分，此类区域由于结构不连续，应力相对集中，容器容易产生金属疲劳从而产生老化破坏。
（三）刚性分析法
根据资料发现，很多压力容器破坏情况都是由于刚性过大导致的，由于压力会产生变化，容器刚性过大导致无法承受膨胀的应力，结果发生爆炸。例如2010年的液氨储罐爆炸事件，直径2500mm，长20000mm，罐体厚度为25mm，封头厚度为30mm。在投入使用不久就发生了爆炸事件，根据调查发现主要原因是由于温度上升导致压力变大，最终压力容器无法承受内部压力导致事故的发生。
根据以上分析方法制定出预测精度的等级图
预测精度等级图
三、压力容器设计与制造
（一）开孔要求
压力容器在开孔的过程中需要根据使用要求设计开孔形状，一般采用椭圆形、圆形、长圆形，开孔的大小应当符合设计标准。
1. 圆筒壳体：开孔要根据容器内径，容器内径小于2000mm，最大孔径需要小于容器内径的1/2，一般为500mm左右；内径大于2000m的容器，最大孔径需要小于容器内径的1/3，一般为800mm左右。
2. 凸形或球型容器：开孔时不应大于容器内径的1/2。
3. 锥形容器：最大孔径应当不大于容器中心处锥体直径的1/3。
4. 椭球形或碟形容器：需要计算中心线，使用中垂线来选择开孔位置。
一般情况下开孔之后需要对容器补充强度，可以采用整体补强方式进行结构强化，利用厚壁接管方法强化锻件。补强方法适用于常温容器，并且容器压力不可过高，补强圈厚度超过7mm时，可以使用焊透方法固定结构。
（二）容器使用钢材
1.优秀的力学性能
压力容器时刻受到多种应力的作用，所以选择压力容器的制作钢材就要根据强度指标进行选取，钢材需要有较高的屈服强度与抗拉强度，可以承受使用过程中强压力导致的塑性变形，防止容器由于变形过大产生断裂。一些压力容器需要承载较大压力，并且盛放物质容易产生较大热量，这种情况下就需要选取抗蠕变性能较强的钢材，确定使用过程会产生的最大温度，保证钢材由较高的蠕变极限与持久强度。压力容器需要拥有优秀的塑性，防止压力超载造成容器破损。压力容器使用钢材必须要有较高的韧性，韧性不足会导致运行过程中载荷冲击过大导致容器破损，一些容器使用环境温度较低，容易降低钢材的韧性，如果韧性不足冲击力就会突破容器最大抗拉强度，从而导致压力容器脆性破裂。
2.良好的工艺性能
常规压力容器承压部件都采取钢板冲压成型，此类方法需要材料拥有较高的冷塑性变形能力，防止加工时出现裂纹。制作压力容器需要使用可焊性较强的材料，确保后期焊接过程不会出现质量问题。根据使用需求不同还需要选择热处理性能较强的材料，防止环境因素产生裂纹，并且有效消除加工过程产生的应力。
3.良好的抗氧化性
一些压力容器在使用的过程中会存储大量的腐蚀性物质，在设计的过程中，需要根据使用环境选取耐腐蚀材料，防止长时间腐蚀作用腐化容器内壁。长时间的腐蚀效果会导致容器氧化，需要根据环境因素选择抗氧化性能强的材料，防止氧化反应导致罐体破损。
结语：
压力容器的结构设计与评估直接关系到生产安全，在设计过程需要对实际使用环境进行考察，根据需求进行压力容器的使用与安装。在分析压力容器的压力负荷能力与最大受应力，就需要考虑材料层与热传导效应，并且根据分析结果特点得出的容器平衡点，评估容器使用过程中存在的危险，制定出合理的使用流程，确保生产储存过程的安全性。
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