盛装理想气体的球形容器材料用量的分析

盛装理想气体的球形容器材料用量的分析

付红栓 李赵

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘要:伴随着我国综合国力的不断提高，促进和带动着工业企业呈现出高速的发展态势，当工业企业在发展的过程当中，压力容器在其中扮演着重要的角色和占据关键的位置，并且凭借着自身强大的优势与特点得到广泛的应用。因此，本篇文章主要对盛装理想气体的球形容器材料用量进行认真的分析和研究，以做参考。
关键词:盛装理想气体；球形容器；材料；用量；
科学技术伴随着时间的不断推移快速在进步，在新时代的大背景之下，压力容器在石油、化工、医药、冶金、食品等各个领域当中都得到广泛应用，并获得一致的好评，使用数量在不断增加当中。根据不完全统计之后发现，在化工企业当中，有80%左右的专业设备都属于压力容器范围。在化工、石油等各个工业部门当中是非常关键的生产作业设备，工作介质为气体、液化气体等，但是这些气体如果受到压力或者是温度所带来的影响，极有可能会出现易燃、易爆问题，对相关工作人员的人身安全产生影响与伤害。基于此，本文下面主要对盛装理想气体的球形容器材料用量展开深入探讨。
1、压力容器概况
极端条件必然会造成压力容器不断的大型化，大型化之后，就会导致重型化的出现，重量超千吨，而且耗材巨大，对于加工制造工作也会带来许多的困难和影响，甚至已经超出建设能力出现失效模式的可能性非常大，现如今无论是国外还是国内都出现许多重型压力容器失效问题。近几年来， 十多起后备压力容器因为设计制造能力所带来的影响和限制出现材料运行差、先天性裂纹问题，在水压试验的过程当中发生脆性断裂，所以应该运用怎样的方法，才能够保证压力容器在使用的过程当中不会出现任何的问题，是相关工作人员最亟待解决和值得深思的问题之一。随着时间的不断推移，物联网、大数据等现代信息技术与人工智能技术呈现出高速的发展态势，并推动科技与产业不断的更新，给与我们国家的传统压力容器的制造以及维护工作带来许多机遇，将现代信息技术与人工智能技术进行完美的融合，可以促进我们国家在压力容器技术向着更加智能化的方向发展和前进，这也是压力容器技术工作人员需要重视和解决的问题。
现代先进设计技术对压力容器材料的选择、使用之间都有联系和关系，所以《固定式压力容器安全技术监察规程》以及《压力容器建造规程》当中都对材料的选择都提出更严格的要求，在具体使用的过程当中，需对相关材料进行慎重选择，避免造成更换材料增大投资等问题的出现。当压力容器使用厂家在进行项目投资预算的过程当中，如果遇到了用量预估困难等各种情况，如果按照设计单位的设计图纸来展开相关的评估，是无法第一时间对投资展开及时估算的，而对于那些使用材料的量是否与容器的压力厚度之间有关系，大家都提出了自己的一些看法，所以还需要对这一问题进行仔细分析，找到其中的规律，寻求压力容器材料与设计条件参数之间的关系和联系。图1是球形容器图。

图1 球形容器图

2、推理的主要过程分析

基于设计温度之下，根据作业的标准，确定材料的类型之后，计划盛装定量气体的压力容器的设计与容器的实际形状、直径之间是否有着紧密的联系和关系；是否设计压力呈现出差异和不同就需要对材料的实际厚度进行改变。因为压力容器的形式具有多样性，对其承压封头、筒体厚度的计算公式有着很大的不同，但是原理上面具有一致性，为了能够帮助计算和相关的论证提供帮助，还需对压力容器重装中、低压理想气体进行认真的分析。
球形容器的容积即盛装气体的体积：V g =πDi3/6，球形容器的计算厚度：δ =Pc·Di/(4［σ］tφ-Pc)。球形容器的表面积(按中性层计算)： S =π（D i +δ）。根据克拉伯龙方程PV=nRT得到在设计压力Pc下盛装理想气体摩尔数：n= Pc Vg/（RT）代入得到n=π Pc Di3 /（6RT）所用材料的质量：m =ρ材V材=ρ材·S·δ，将公式代入得到：m =ρ材·π·（Di +δ）2Pc·Di·(4［σ］φ-Pc)对于中、低压容器Pc＜10MPa，Pc远小于 4［σ］tφ，得到：4［σ］tφ-Pc≈4［σ］tφPc /(4［σ］tφ) ≈0。

3、智能化远程运维技术在压力容器检测过程当中的应用

现如今石油化工新工艺在高速的发展当中，许多新材料也被加入到了新兴产业发展过程当中去，压力容器以及相关系统想要真正实现安全、稳定运行还存在着些许的问题，通过对已知损伤机理进行认真分析，之后借助大数据以及人工智能技术，建立出设备损伤演变规律与操作工艺之间的定量关系模型，以智能方法对工艺参数进行相关调整，帮助设备延缓失效时间；而对于那些未知的损伤问题，则需要将风险分析和失效数据库作为基础，再应用最为先进的人工智能技术，在系统分析、知识推理等各个方面所存在的优势，找到压力容器在运行过程当中的损伤演化机制，汇集压力容器运行数据，最终分析其健康状态。

4、结论

总之，基于高压和其他形式的容器，对于封头以及筒体厚度的计算方式有着些许的不同， 但是呈现出来差异非常的小，所以通过对球形容器的计算方法进行认真分析，可以将其推广到其他形式的容器压力用才计算过程当中去，由此可以看出，在既定设计温度和材质的情况之下，盛装定量理想气体的压力容易所用到的所有材料都有一个定值，压力设计以及使用单位在确定材料温度之后，就可以粗略计算出需要的材料用量，也为容器的实际报价、原材料的采购等各项工作提供强有力的数据支持与帮助，对复杂性的计算进行简化，而且提高工作的水平。前几年，因为受到国家振兴装备制造业所带来的影响，压力容器行业技术发展非常迅速，但是最近我国的经济发展速度慢慢降了下来，工业增长乏力，对社会所产生的影响是非常大的，所以在未来发展过程当中，还需要将传统、落后的企业进行淘汰，应用主动、积极的态度去开辟更多的国外市场，帮助企业在竞争如此激烈的大潮当中获得更好、更成熟的发展。

参考文献：

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