摘 要：压力容器的设计、制造、安装、使用以及维修等环节均与其安全生产息息相关，而压力容器的结构设计安全是最基础性的工作，是保障制造安全、安装安全以及生产安全的基础。通过对影响压力容器结构设计的安全问题进行论述分析，综合实际状况对其进行深入研究。
关键词：压力容器;结构设计;安全问题
压力容器属于特种设备，广泛应用于日常生活和工业生产过程中，如果结构设计不合理，极易发生爆炸，不仅会造成环境污染，严重的会造成安全事故，给人民的生命财产造成严重威胁。为此，在压力容器的设计过程中，使得压力容器用材料在应用的过程中保持其强度适宜，保障屈服强度以及抗拉力强度要求与国家的法规、标准要求吻合。综合材料的抗蠕变性能指标，对材料高温高压性能指标进行测定分析，加强对蠕变极限以及持久强度的分析，通过综合实际状况分析材料的各项性能指标，进而提升压力容器结构的整体性能有着重要意义。
1 压力容器设计要求
在进行锅炉压力容器结构的设计过程中，由于压力容器结构多为铆焊结构，其结构不可避免的会存在位置不持续平滑过度的现象，当压力容器的受压壳体出现几何形状突变以及结构不连续的时候，这些部位就会产生较高的不连续应力，而对于结构的不连续问题，在设计过程中要尽量避免，要通过平滑过度的方式进行处理，进而有效的避免突变性问题的出现。
在设计过程中，要将一些会导致应力集中或者削弱强度的结构错开处理，在压力容器进行设计的过程中，要避免其存在部件强度以及削弱的结构，同时还要避免刚性过大的焊接结构，刚性大的焊接结构会因为焊接过程中膨胀以收缩约束产生焊接应力问题，这样就会导致壳体在操作条件波动状态之下受到约束进而产生附加弯曲应力问题，如果设计过程中对其进行技术处理此问题可以有效的避免。
2 压力容器结构设计分析
2.1 压力容器结构设计
在进行压力容器结构设计过程中要对其进行系统分析研究，综合考虑容器使用介质、操作压力、使用温度、运行操作工艺、安装环境等因素，确定合理的容器结构。要采用合理的过渡段结构，进行合理设计，提升结构的整体可靠性。必要时，应通过应力分析，对局部结特殊构进行应力分析设计，确定压力容器的合理结构，在保证压力容器安全使用的前提下，综合考虑压力容器结构设计的安全性和经济性。
2.2 压力容器结构具体设计需求
第一，合理的长径比。根据压力容器的容积、设计压力、设计温度及工作介质确定合理的长径比。一般情况下，压力容器的长径比取2～5，设计压力低的，数值可取2～3，结构特征是容器粗而短、壳体壁薄;而对于高压、超高压容器，长径比数据会更高，有的甚至达到10以上，结构特征就是容器细而高、壳体壁厚甚至多层。
第二，法兰接头设计。由于工艺要求和设备内件安装、检修的需要，压力容器常需要设置容器法兰（如常见的管壳式热交换器、反应釜、塔器、过滤器等）及接管法兰等可拆卸结构。
法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接头，在设计过程中要综合考虑压力、温度与介质，选择合理的结构形式，保证法兰接头的安全可靠性。由于法兰具有可以拆卸的结构特征，在应用中因为法兰密封不良导致的泄漏问题较为普遍，为了法兰连接的紧密性特征，就要合理的选择法兰结构型式及密封面的形状。在实践中较为常见的密封面形状主要有平面、凹凸面、榫槽面和梯形槽等不同的类型。各种密封面的选型要求如下：
①平面密封面：主要应用在压力较低且非有毒、腐蚀及易燃易爆的场合中，其设计压力多小于1.0MPa。此种类型的法兰结构简单，加工便捷，可以及时的进行防腐以及清洗处理，但存在其密封性不佳的问题;
②凹凸密封面：主要适合在中压以及温度较高的场合中，其密封性能良好，垫片也容易对中处理，可以有效的避免垫片挤出等问题;
③榫槽形密封面：主要使用于一些较为恶劣的环境中，特别是在易燃、易爆以及有毒介质接触的密封面中，其密封性能稳定可靠，但是此种类型的法兰更换密封垫较为复杂;
④梯形糟密封面常与椭圆垫、八角垫配合应用，主要就是在压力大于6.4MPa、且温度t>350℃的场合中使用。
开孔设计。在压力容器的壳體开孔设计中，其主要的形状有圆形、椭圆形以及长圆形等不同类型。为避免开孔处的应力集中及突变，规范标准对开孔尺寸有着限制：
①在圆筒壳体上开孔时，当圆筒内径小于或者等于1500mm的时候，开孔最大直径要小于等于筒体内径数值的1/2，而且要保证小于等于520mm;当圆筒内径超过1500mm时，则其最大的孔径要小于或者等于筒体内径数值的三分之一，并且要保证小于等于1000毫米;
②在凸形封头或球形容器上的开孔，其开孔最大孔径要保证小于等于壳体内径的1/2;而在锥形封头上的开孔，其最大开孔直径数值则要等于小于开孔处孔中心位置锥体内直径数值的1/3。
3 结束语
压力容器在日常生活以及工业生产中应用广泛，但是因为其自身结构等原因的影响导致其容易出现爆炸等严重后果。而且压力容器的介质具有多样性，在各个工艺单元中的作用也不同，操作工况也会有差异，这就需要设计者在压力容器设计过程中加强对压力容器结构设计，在从根本上保障其整体安全性基础上兼顾经济性，是较为关键的内容。
参考文献：
[1]朱杰，杜月青，王德时.有关锅炉压力容器检验问题的分析与探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2015（11）.
