压力容器的设计提高设备可靠性

介绍

在二十世纪早期，由于用于容纳高压内容物的压力容器设计不当，发生了许多灾难性事故。这些事故为制定规范压力容器设计的规则和法律提供了动力。压力容器的设计是一个关键的步骤，以确保符合当地司法管辖区采用的安全法规，该容器将被操作。为了提高运行过程中的可靠性而不出现故障，压力容器必须按照公认的压力容器标准进行设计，并包括通常提供给负责设计、制造和调试的承包商的业主-运营商最佳实践。在美国等国家，ASME锅炉和压力容器规范(BPVC)是司法管辖区采用的设计和建造压力容器的规范。

本文介绍了设计压力容器的过程，以满足工艺要求并促进维护和可靠性。它将首先在压力容器的尺寸中提出考虑的内容以及启动过程设计所需的初步操作参数。These parameters include materials selection, corrosion allowance and the need for cladding or weld overlay, post weld heat treatment (PWHT) requirements (i.e. required by the governing pressure vessel code or for service conditions), maximum design pressure and temperature, design loads, fatigue analysis requirements, the minimum required shell thickness of the vessel components (e.g. shell courses, heads, and nozzles), insulation, and fireproofing. Then, the basis of calculating design parameters will be discussed.

压力容器设计代码和标准

压力容器的目的是即使在极端的操作条件下，也能安全地容纳加压流体，如石油或天然气。极端的工作条件包括高温、高压或腐蚀流体的密封。历史上，压力容器设计不当导致了许多致命事故。例如，1905年，马萨诸塞州布隆克顿的一家鞋厂发生了灾难性的船只爆炸，导致58人死亡，117人受伤，更不用说财产损失了。一年后，马萨诸塞州林恩市发生了另一起致命事故，再次导致人员伤亡和大量财产损失。这些和许多其他事件强调了开发压力容器设计规范的必要性。第一个这样的文件“与蒸汽锅炉的运行和检查有关的法案”于1907年在马萨诸塞州建立。^[1,2]

1915年，美国机械工程师协会（ASME）开发了第一个ASME锅炉代码。专门针对压力容器，ASME部分VIII的第一个ASME代码于1925年发布，标题“建造未使用的压力船只”。1934年，美国石油研究所（API）与ASME合作，建立了另一个代码，该代码适用于石油工业的未充电的压力船。这两项代码于1952年组合，成为“未充气的压力船舶代码，第八部分”。^[1,2]