学文网摘要：随着社会经济的不断发展，工业领域取得了举世瞩目的成就。压力容器的设计作为工业设计的重要组成部分，也取得了巨大的进步。伴随着压力容器设计的发展，快开门式压力容器得到了越来越广泛的应用，同时却也成了最易发生爆炸事故的压力容器之一，加快快开门式压力容器的设计改进是减少该类容器事故发生的重要手段。本文从快开门式压力容器的定义出发，针对快开门压力容器的设计进行详细研究。
关键词：快开门式压力容器；设计；安全联锁装置
中***分类号： S611 文献标识码： A
引言
压力容器是工业领域中受到广泛关注的设备之一，大多数工业类企业都会用到，尤其是石油化工企业，压力容器更是占据着无法替代的重要位置。但是目前国内还没有专门生产快开门安全装置的企业，基本上是生产快开门容器的企业，附带生产快开门安全联锁装置，安全联锁装置的实现形式也多种多样，质量也参差不齐，尤其是快开门安全联锁装置的可靠性极差，故障率远远超过压力容器的自身故障。因此，需要针对快开门容器的特点，对快开门的安全性能做出详细规范。
一、快开门式压力容器的定义
1、压力容器
压力容器是工业领域中受到广泛关注的设备之一，大多数工业类企业都会用到，尤其是石油化工企业，压力容器更是占据着无法替代的重要位置。目前，我国的压力容器设计还存在许多问题需要解决，其特殊的物理特性使得压力容器稍有不慎就可能造成人员的伤亡和大量财产的损失，所以它也被列入了特种设备的行列。压力容器从设计、建造到安装的每一个环节都极大地影响着它的安全性与可靠性，尤其是设计阶段，甚至有些学者认为设计阶段的好坏直接影响到设备周边的安全问题。
压力容器的设计涉及到非常广泛的专业知识，需要设计人员具备十分出色的专业知识，并且要有较强的综合素质与个人修养。设计人员不仅仅要懂得设计理论，熟练地掌握压力容器各个部件材料的选择、外形的设计、结构的合理性、受力分析、整体强化以及最后的建造和安装，甚至每一次的合理使用、安全检验日常维护等。但是，设计人员的实际操作却并非如此，调查发现有些生产厂家的设计人员仅仅凭借容器设计的一点理论知识，过度依赖计算机软件的操作和辅助，对特种设备的制造与安装规范没有操作经验，对国家标准更是没有进行学习，从而在设计中出现了潜在的安全问题。不但大大降低了压力容器的使用效率和可靠性，而且威胁着使用者的生命安全和财产安全。
2、快开门式压力容器
快开门式压力容器是指进出容器通道的端盖或封头和主体间带有相互嵌套的快速密封锁紧装置的容器，用螺栓连接的不属于快开门式压力容器。
2.1、快开门式压力容器安全联锁装置的作用和要求
安全联锁装置一般属于机械和部分电器装置，结构简单，合理、可靠，操作方便，其推广应用可使快开门压力容器的安全性能得到很大提高，安全性能的提高可以杜绝对人和财产造成的伤亡和损失。
2.2、安全联锁装置应具备的功能
快开门达到预定关闭位置，方能升压运行；压力容器的内部压力完全释放，方能打开快开门。
二、快开门压力容器的设计与研究
1、快开门压力容器结构特点、种类及安全连锁基本要求
快开门压力容器的门盖（封头）具有开启灵活，快速的特点。快开门压力容器被广泛用于化工、建材、食品、纺织、医疗、造纸等行业和领域，例如医院和实验室的消毒柜（锅）；高压氧舱；建材工业中的蒸压釜；化工橡胶制品行业的硫化罐；食品制品行业的灭菌器、高压灭菌器、纺织行业的染色机、蒸煮罐等。
使用快开门压力容器的种类（根据封头开启形式分）主要有：齿啮式结构，主要应用于蒸压釜、硫化罐、染色机；压紧式结构，主要应用于灭菌器；部分环式结构，主要应用于染色机；卡箍式结构，主要应用于染色机、聚合釜等；移动式结构，主要应用于小型硫化缸；均布榫槽咬合结构和均布插销销入结构，主要用于消毒柜（锅）；撑杆式和平移式结构。共同特点是容器的通道（端盖或者封头）及其锁紧装置是通过简单的转动结构或平移机构以有限的一两次连续的动作，便能快速完成开启或闭合密封过程，而不采用逐个拆装法兰连接结构。
2、设计要求
对于用可靠的锁紧装置保持定位的快动封闭组件、部分旋转或局部移动盖板本身或锁紧机构即能完全松开的封闭组件，以及除手工操作外的任何其他型式的封闭组件，容器的设计要使得在安装时符合下列条件：
2.1、容器内作用压力前，封闭组件和它的夹持元件已完全啮合在预期的操作位置上。
2.2、在封闭组件作为进出口可以完全打开前，有助于促使封闭组件打开或卸去容器内物料清除容器的压力应完全卸除。
2.3、在封闭组件和夹持元件的设计不能符合上述 2.1、2.2 的情况下，在容器安装时，应增加能达到上述要求的装置。
3、设计特殊考虑
如果容器的操作中存在疲劳载荷、低温等特殊工况，设计时则必须充分考虑这些因素，必要时运用有限元分析+常规计算的方法进行联合计算。同时由于快开会频繁开启，所以夹持及锁紧部件很容易发生机械磨损，故设计时不能认为这些非受压件无足轻重就不予重视，否则很可能因小失大。快开的无损检测、热处理、冲击等要求需满足设计规范，并符合客户要求。如容器需整体热处理，则快开作为受压件必须一同进行热处理，并注意保证密封面不受损伤。
4、手工操作封闭组件的设计
4.1、手工操作的封闭组件不必按照上面的规定，但是这种封闭组件应设置音响或目视的报警装置，在夹持元件和锁紧部件完全就位之前就加压，或者在容器内的压力泄放之前就要脱开时提醒操作者注意。
4.2、利用手工操作的锁紧机构定位的快动封闭组件，应设计成如果容器在承压状态而企***打开封闭件，则在锁紧元件完全脱扣并封闭件松脱之前，封闭件先行泄漏。封闭组件的设计应使得任何泄漏都直接远离操作者，且应排放至安全位置。
5、高压密封结构的设计
垫片密封的快开在高压容器上经常会用到，而采用什么形式的密封结构则是此种快开设计的中心问题。常见的高压密封结构形式有：平垫密封、卡扎里密封、双锥密封、伍德密封等。这些结构都具有以下共通点：一般采用金属密封元件；采用窄面或线接触密封；采用自紧或半自紧式密封。现在的快开在垫片密封形式上千变万化，但基本都是基于上述的结构形式做的变通。设计时为了提高密封性能，通常可以采取下列技术措施：改善密封接触表面，即在保持密封元件原有的力学性能和回弹性能等特性的前提下，通过改善密封表面接触状况来提高密封元件的密封性能；改进垫片结构，采用由弹性件和塑性软垫组合而成的密封元件，依靠弹性件获得良好的回弹能力和必要的密封比压，同时依靠塑性软垫获得良好的密封接触面。具体设计时需根据设计参数、介质、材质等条件，选取合适的密封结构，以达到最优的使用性能。 垫片应持久耐用，实际数量需按照快开的开启概率，提供合适的备件。
6、警告标语设计研究
快开门式容器是压力容器中操作要求较高的设备，快开门联锁装置可靠性存在着普遍的不足；根据中国的国情，不可能在短期内提升操作人员素质，提高安全联锁装置性能。因此在快开门上设置醒目的安全提示标志是十分有必要的，提示的主要内容主要分为以下几点：
6.1、正常工作压力下，强制打开失效的快开门产生的威力和破坏性；
6.2、快开门安全联锁装置的设置位置，以便自检；
6.3、快开门安全联锁装置的一般设计使用寿命，可以用时间或开门次数来表示；
6.4、如无安全余压计算书，则提示有余压打开的可能危险。
结束语
综上所述，快开门式压力容器是一项重要的特种设备，其设计人员必须严格遵循“安全第一，预防为主”的原则，在全面理解国家的规程和标准的前提下，在设计过程中全面考虑，努力防范并解决设计过程中的各种问题，提高快开门式压力容器的使用可靠性，不要使人民的生命和国家的财产受损失。
参考文献
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