石油化工行业的压力容器， 对其安全可靠性有着十分严格的要求， 从事压力容器的科技工作者一直在不懈地努力寻求提高压力容器安全可靠性和经济合理性的措施。影响压力容器安全性能的因素较多， 不仅有设计上的因素， 也有制造和使用管理上的因素。本人在多年工作的基础上， 结合设计中遇到的实际问题， 归纳出影响压力容器安全可靠性在设计时应注意的几个因素， 希望对初学设计的同行具有参考作用， 也希望更有经验的同行给予指导和指正。
2 影响压力容器安全可靠性设计的几个因素
2. 1 设计参数
设计参数的确定是压力容器设计工作的前提和基础， 也是决定压力容器安全运行的关键因素。
因此， 设计者要特别予以重视。压力容器设计参数所涉及到的内容较多， 但最关键的参数为设计压力、设计温度、介质特性（ 包括易燃、易爆、毒性和腐蚀性能等等） .这些参数选择的合适与否， 直接影响压力容器的使用可靠性和设计的经济合理性。
2 1 1 设计压力
对于压力容器来说， 一般根据最高工作压力来确定， 另外还应根据系统特性， 如有无安全阀，有无泄放装置， 是否在泵出入口， 设备特性是否属真空、外压操作等应综合考虑， 可根据化工行业设计标准， 如 HG20580 1998 规定确定设计压力。
为保证容器的安全合理性， 必须准确确定容器在正常工作中的最高工作压力， 如果此值掌握不准， 则可能导致设计压力低于或远远大于工作中的最高压力。设计压力选取太低， 一方面将会导致强度不足而引起的设备失效， 甚至会严重危害人们生命和财产的安全； 另一方面也可能因为设计压力选的太低而导致设计选材不合理及相配零部件结构达不到实际工作的要求。而设计压力取得太高， 同样会导致设计选材、结构处理以及制造检验带来过高的要求， 造成不必要的浪费。因此设计压力过低或过高的后果都是不允许的。
总而言之， 设计压力的选取应该既满足压力容器的安全可靠性要求， 又要经济合理。因此在工程设计中， 一般取 1. 1 倍左右的最高工作压力，但某些特殊工况还应具体考虑。HG20580- 1998标准中也给出了设计压力的选取原则， 为设计者如何确定该参数提供了方便和依据。
2 1 2 设计温度
影响压力容器安全可靠性设计的另一个重要参数设计温度， 它是指容器在正常工作情况下， 设定的元件的金属温度。它与操作时介质温度及环境温度有关， 它的选择正确与否将直接给容器选材带来至关重要的影响。当容器处于低温时， 若没有考虑它的低温影响， 将会导致选取材料低温韧性不足而引起的脆性破坏。当容器处于高温状态， 若设计温度选取不合理， 也会导致选材不当而引起的安全性不足或者浪费等现象。我国压力容器的有关设计标准规定了对有不同温度工况下的容器， 应按最苛刻的工况设计， 并在图样或相应技术文件中注明各工况的温度值。
2 1 3 介质特性
介质特性是压力容器设计中与安全有直接关系的又一个重要因素， 因此我国保证容器安全的法规性文件容规！给予了特别的重视， 大量条文作了详细的硬性规定。为确保容规！正确执行，国家对有毒介质分类、化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类都制定了专门规范， 只要正确执行是可以保证安全的。目前， 在毒性分类中较难处理的是化学介质混合物， 有的成分毒性极强， 有的成分仅是一般气体， 这时会因对混合物毒性规定的级别不同， 而使容器设计分类和制造要求造成很大的差别， 有时因过分保守而造成浪费， 有时因所划级别太低会不利于安全性要求。而安全主管部门国家劳动局对混合物毒性又无明确说法， GB150 规定由工艺人员及用户确定混合物毒性， 但往往这些人员也无法给出准确的答案， 这就可能潜在着许多不合理的因素。目前， 国内某些设计单位硬性规定混合物中毒性程度高的介质的体积分数在百分之几以下， 可不按毒性高的考虑，尽管不完全合理， 但却给设计做了明确的规定， 多年来的实践证明， 这是必要的。
2 1 4 其它因素
除了要准确掌握工作压力、温度及介质特性等参数外， 对用户的压力容器使用管理水平也应有一些了解， 因为管理水平的高低直接影响着压力容器的安全运行。有些小规模乡镇企业和私有企业的压力容器使用管理水平较低， 有的对压力容器的危害性都还不甚了解， 违反规程的行为时有发生。因此， 设计人员在确定设计参数时应该考虑到这些情况， 在为这类企业设计压力容器时，技术要求中明确限定条件， 从而确保压力容器安全运行。
总之， 设计人员在确定设计参数时， 应认真调查用户提供的工作压力、工作温度及介质特性， 并在了解用户使用管理水平的基础上， 结合实际情况， 给出准确可靠的设计参数， 为压力容器安全运行奠定坚实的基础。
2. 2 主体材料的选用
材料尤其是压力容器的主体材料， 对于压力容器的安全使用至关重要， 因此， 设计中必须严格选用压力容器的主体材料。主体材料的选用一般取决于设计压力、设计温度及工作介质等因素。
在进行压力容器设计时， 除了应严格按照 GB150及容规等进行选材外， 还应特别注意介质对主体材料的影响。如在湿 H 2 S 应力腐蚀环境中使用的化工容器用碳钢及低合金钢（ 包括焊接接头）应符合下列要求： （ 1） 化学成分。母材： Mn ≦ 1. 65%、Ni ≦ 1% （ 尽可能少） 、Si ≦ 1. 0%； 焊缝金属： C ≦ 0. 15% 、Mn ≦ 1. 6%、Si ≦ 1. 0%、Ni ≦ 1.
0%（ 尽可能不含） ； （ 2） 母材及焊接接头硬度 HB≦ 235.
再如介质为液氨应力腐蚀环境中使用的低碳钢和低合金高强度钢（ 包括焊接接头） 应符合HG20581- 1998 的钢制化工容器材料选用规定。
而对于高温氢腐蚀环境， 应根据 Nelson 曲线选择碳钢或用 Cr- Mo 低合金钢。除了介质的腐蚀性与选材有直接关系外， 介质的易燃程度和毒性程度也直接决定着选材。如 Q235- A. F 不允许用于易燃或中、高、极度危害介质的环境； Q235- A不得用于盛装石油气环境及高、极度危害介质容器； Q235- B 不允许用于盛装极高度危害介质的环境。总之， 压力容器主体材料的选用不仅要根据容器的工作压力和工作温度及标准与规范的允许范围， 而且还应特别注意介质特性对材料性能的影响。
2. 3 合理的结构设计
某些压力容器事故是由于结构设计不合理引起的。GB150 提供了一些结构型式， 但那只是通用性的， 不可能全部罗列各种各样情况所要求的具体结构。这就要求设计人员充分发挥自己的创造力， 尽可能设计出具有合理结构的压力容器。
合理的结构主要是指容易施工， 加工完毕后残余应力低， 应力集中系数小， 应力分布合理的结构。
压力容器接管及开孔补强结构设计， 是结构设计中的一个主要内容， 它包括的内容有： 接管补强结构设计； 接管防腐结构设计； 接管开孔的焊接结构尺寸及相关问题； （其它方面的结构，如防冲击、防震动、防外载荷结构设计等。关于补强结构包括以下几个方面： 一般情况下的结构；承受交变或疲劳载荷的结构； ≦ 高低温下的结构； （大开孔结构； ） 非径向开孔结构； ≦其他情况下的补强结构。但是在采用补强板时， 要具体问题具体分析， 在很多情况下是不宜采用的： 如凸形封头上的大尺寸接管， 距离主焊缝较近的开孔、尺寸较大的非径向接管、大开孔接管、旧设备开孔新增接管等， 而且在选用补强板的焊接结构时也应根据实际情况， 而不能一概照搬。这里还要说明的是， 在进行补强结构设计时应注意到补强的计算方法， 因为补强计算方法与补强的结构型式间存在着直接的匹配关系， 如果忽略了这一点， 就可能造成实际的补强结构不能满足计算方法本身的要求， 从而影响到容器的安全。另外， 对于凸形封头 0. 8Di 以外的开孔及壳体上的非径向开孔的计算只能采用等面积法。因此， 在进行结构设计时应特别注意。
主体结构设计中封头及端盖与筒体的连接结构设计是极其重要的。对于与筒体等厚或基本等厚的凸形封头与筒体的连接可直接用焊缝型式连接。但壁厚差较大时则必须采用削边， 而最好是双面削边， 这对于降低接头处的附加弯曲应力是十分有益的， 对于低温容器及承受交变载荷的容器则更为重要。平盖与筒体的连接结构设计比之凸形封头连接结构设计就要复杂得多， 其结构设计的最终目的在于降低边缘应力， 尽可能减小两连接件间的刚度差， 以适应内压所引起的变形协调。无折边球面封头与壳体的连接结构不仅要做到全焊透， 而且应考虑到焊缝圆滑过渡， 以充分降低连接部位的边缘应力及应力集中并使该部位的应力分布更为合理。尽管可以将无折边球面封头与壳体的连接结构设计的合理一些， 但由于这种结构从根本上讲总存在着较高的应力集中和较大的边缘应力问题， 所以， 这种结构只能用于一般工况和较低的压力环境， 而不能不加选择地随意采用。在一些国外规范如ASM E、JIS、AD 等中均未列入这种结构， 而前苏联的规范中也明确限制了这种结构的使用压力界限。因此， 设计人员在采用此结构时应予以足够的重视。
上面叙述的主要是主体元件的连接结构设计， 而壳体本身的结构型式的选择也很重要。如高压容器领域内， 目前为止， 薄内筒扁平绕带倾角错绕结构无论是在安全可靠性方面还是在经济性方面都优于其他压力容器结构， 尤其是它的+ 只漏不爆，的特性是其他压力容器结构型式所望尘莫及的。总之， 在确定或选择压力容器主体结构时，应尽可能选用安全可靠性较高的结构。
除了上述一些结构设计内容外， 还有一些辅助结构设计， 辅助设计合理了， 可以改善主体部件的受力或应力分布， 从而达到提高其安全可靠性目的。如夹套搅拌设备的支座设计， 通过在位于支座对应的内封头外壁加一定数量的筋板（， 既可改善夹套与内筒连接处焊缝的受力， 又可方便制造加工。又如， 为了减小接管所承受的外来温差应力， 可以在接管上设置波纹管， 为了承受外来的机械冲击或震动载荷， 可以加厚接管或在接管上设置加强筋等。这些都可以改变各主体元件的受力， 从而提高其安全可靠性。
压力容器的安全性能不仅取决于设计， 而且还取决于制造和在役管理， 从设计上看似乎采用偏心锥体有利于受力， 但制造上较为困难。因为这种锥体无法象正锥那样卷制成形，而往往其校圆成形都是通过一些辅助手段强制完成， 成形组装后连接处的残余应力相当大， 反而给使用留下隐患，。
在进行结构设计时， 不仅要考虑到结构本身的安全可靠， 而且尚应考虑到利于设备的制造和在役检测。对于能够开设人孔的设备， 应按容规要求开设人孔， 以保证壳体上的角焊缝及对接焊缝都能实现双面焊和保证焊透， 从而提高焊缝的内在质量和方便在役检测。对于那些确实无法设置人孔的设备， 为利于在役检测， 可执行容规第45 条内容。
2. 4 设计对制造检验的特殊要求
压力容器的制造检验除了必须遵循标准、规范外， 对于一些特殊工况的设备尚须作一些特殊考虑， 这是设计者应当注意的问题。如低温设备图样上应要求焊缝全焊透并圆滑过渡， 且对角焊缝应作 100% 表面探伤检查和焊后作整体消除应力热处理等， 当设备无法入内时， 应要求采用氩弧打底的焊接工艺； 对于按压力面积法计算的大开孔结构， 应在图面上要求该焊缝作 100% 表面探伤且焊缝圆滑过渡； 极度、高度毒性危害介质的容器除必须作气密性试验检查外， 且应作焊后消除应力热处理； 对高塔设备挠度及不直度应进行严格限制； 低温容器材料应规定低温冲击韧性指标，关键部位的焊接工艺要求以及其他的特殊检验项目等。对于不同工况的容器， 尤其是关键设备， 设计者应根据具体情况提出一些特殊要求， 使其安全可靠性进一步得到保证。
3 结束语
从影响压力容器的安全可靠性的几个主要因素出发， 对如何选择设计参数， 材料和结构加以了论述。由于设计时要考虑的因素较多， 且每一环节又包括很多的具体内容， 因此， 作为压力容器的设计工作者还应充分考虑到其它因素的影响， 以便将压力容器设计得更为安全和合理。