图25. 一类塔器的裙座热分析
g) 加氢反应器
该类设备是石化行业很重要的设备，造价很高，用钢量很大，所以，加氢反应器采用分析设计是非常必要的，经济效益非常可观。

图26. 加氢反应器的支撑部位分析

图27. 加氢反应器的四通部位分析

图28. 通过热分析得到得加氢反应器裙座的温度分布图
h) 其他
压力容器的结构型式是很多，下面示例几个有特点的容器结构。

图29. 储存介质为原油时的罐壁应力强度分布图

图30. 大型原油储罐的屈曲分析

图31. 膨胀节接触分析

图32. 管箱的计算模型及边界条件
2) 标准研究

借助于有限元，我们对现行的标准进行了具体的专项研究，这里仅仅以球罐为例进行说明。

我们研究了球罐支腿和球壳的不同的连接（传统的和几中新的结构形式）方式对各种载荷下应力分布的影响。也研究了在各种载荷下，由于支腿位置和方位不同而对应力分布的影响等。同时，进行了象对凸圆这种新“人孔”结构型式应力分布状况的研究，等等。

图33. 一种新型的球罐支腿连接方式

图34. 一种新型的球罐人孔结构型式
3) 超规范结构设计局部验算

大开孔问题，特殊结构（如夹套，切向接管等等结构结构），整个容器结构可以按照常规设计标准设计，但局部仍需要进行有限元分析得到其应力强度得分布，强度上满足标准要求。

图35. 大开孔结构

图36. 夹套、切向接管结构应力分布

图37. 加强的四通应力分布
4) 在役设备寿命的评估

当发现在役设备有缺陷后，是否可以继续使用？是否可降低条件使用？还可以用多少年等，是很多老企业所关心的问题。借助有限元分析就可以解决这些问题。

图38. 有设计缺陷的换热器管板部分

图39. 十五计划的重点科研课题研究（缺陷管道的寿命评估，获国家发明二等奖）
二、分析设计中存在的问题
纵观我国各行各业的有限元应用，压力容器行业的应用还是显得初级和不够普及，原因是多方面的：
1. 设计收费的方式阻碍了有限元的应用

由于历史的原因，我们长期以来都有行业保护和地方保护，一般都在行业内部或者本地进行设计。这样就减少了竞争，也使得设计水平提高缓慢，精品意识比较淡漠。

尤其是设计收费按照投资和造价的比例收取，而不是国际上普遍采用的项目总承包方式。这样，设计者可以很保守的设计，而设计的费用反而获得的更多。形成了设计单位越浪费业主的资金，获得的设计费却越高这样的不合理现象。
2. 设计过程的仓促和设计思想的理念阻碍了有限元的应用

我们行业有一个很不好的习惯，就是拿到任务到出图时间都很短促，这样，使得设计人员没时间去思考设计的细节。

从设计理念上，目的仅仅是为了完成任务，这样，设计的水平就可想而知了。
3. 人才的匮乏

由于上述原因，设计单位不重视分析设计人员的培养和能力的提高。设计工程师做的是绘图员的工作，而没有把精力真正放在结构设计上，因为创新和新产品设计是需要人才和技术做后盾的。
基于以上原因，长期以来，容器的设计在技术上没有明显地进步，产品设计的经济性上也较少或者根本不考虑。这样，压力容器行业的设备设计长期存在着拍脑袋设计，抄袭设计，追求设备造价高的设计等很不好的习惯。这样非常影响设计水平的提高，更谈不上和国际接轨了。
在平时的设计工作中，大家都避开采用新的创新结构而采用很传统的所谓保险的产品结构形式，平时少有这方面能力的储备和培养。
三、初级的有限元应用

压力容器行业的有限元应用还局限于线弹性分析居多，没有发挥有限元软件强大的功能，应用的只是有限元的一些基本功能。

国内的压力容器分析设计标准JB4732也涉及到了极限载荷等分析方法，国外的标准也涉及到了这方面的内容。以后应该在这方面进行更多的工作，以使设备设计的更安全、更合理、更经济。

国际上，本行业的设计水平要普遍高于我国的水平，原因也是多方面的。国际上普遍采用项目总承包的方式，做为设计者，要在保证设备安全的前提下，尽可能的要保证设计的经济性，国外的企业已经越来越多的把极限载荷的分析设计方法应用到了容器的分析设计中了。
四、国内外关于分析设计范围和应用的比较
1) 分析设计的应用对比

国外企业的做法是：从招标前的初步设计到最后中标后的详细设计都把有限元分析做为分析设计的工具广泛使用。

招标前的初步设计涉及到造价和投标的标值。所以，初步设计的初步分析也很重要。初步设计还要求分析人员要在较短的时间里完成初步的分析，对设计工程师的分析设计能有比较高的要求。

中标后的详细设计阶段，有限元方法的应用就更重要和广泛。老板不允许你浪费他的每一分资金。

国内的大部分企业对有限元的应用还局限于“验算”，而不是从一开始的初步设计到最后详细设计的贯穿始终。设备的设计优化考虑的更少了。
2) 国内外企业标准对比

企业标准是企业的技术力量和管理水平的体现，是一个企业很重要的组成部分。
从国外的大型企业的企业标准来看，分析设计非常受重视，业主希望用尽量少的资金来完成整个工程的设计和制造安装。所以，很多国外大型企业的企业标准都鼓励承包商采用分析设计的方法来设计他们的设备。

以国外一个非常著名的石化集团的企业标准来看他们对压力容器的分析设计是如何要求的:该企业的企业标准规定:
对某些材料制造的设备必须用分析设计的方法设计 对尺寸大到一定标准的时候规定必须采用分析设计的方法设计 对有疲劳载荷的设备必须用分析设计的方法设计
对达到一定压力的设备必须用分析设计的方法设计
最重要的还是最后一项规定：如果承包商对某个小型设备想采用常规设计方法进行设计，必须提前经过本企业的批准和备案。我们大概分析了一下，这个石化企业至少超过70％的设备是必须采用分析设计方法来设计的，可见分析设计的重要性。

我们国内的企业现在还没有完全意识到这些。对这方面的规定也不够细致和完善。

五、有限元在压力容器行业应用的展望

在这个以技术为先导的社会，高级的分析技术将会越来越广泛地应用各个领域。对压力容器行业而言，压力容器的分析设计将会广泛地采用。做为分析设计最有力和最有效手段的有限元应力分析将会更广泛地应用到各个工程当中去。

1. 软硬件的普及促进了有限元的应用

中国还是一个发展中国家，经济还相对落后，各个单位的资金也不是那么雄厚。在数年前，软硬件的价格相对于人员收入来讲是很昂贵的。随着经济能力的提高，计算机软硬件价格的降低，很多企业都储备了很强的经济实力，现在企业已经配备了很好的软硬件条件。若进一步注重人才的培养和知识的储备，设计水平将到达一个新的阶段。
2. 国际大环境促进有限元的发展
我国已经加入了WTO，项目总承包也越来越广泛的被国内的各个企业所接纳。国内的很多企业也采用项目总承包的方式承接了很多国内外大型项目的设计任务。几乎所有涉外的项目无一例外的要求承包方要有限元于分析的能力。随着国内外企业间的联系和合作的多样性和紧密性的加强，相信国内压力容器行业的有限元在应用将会更普及。充分利用有限元这个工具，设计出技术含量更高，更安全，更经济的产品。
随着国内参与国际项目的投标，在初步设计和最终的产品设计上采用有限元这个现代化的工具来辅助我们的设计将会成为本行业的新亮点。
加入到国际市场的竞争，国内的企业会一改过去评经验设计的老路，在经济上追求更大的利润，这样，工程师把真正的时间和精力就会放在设备的设计和创新上。极限载荷的分析手段也将大放异彩，使得压力容器的设计做到更安全、更经济，效率更高。还要充分利用有限元软件已经有的“设计优化”的功能，使我们的设计赶上和超过国际水平。
3. 有限元应用展望

有限元已经在压力容器的分析设计中发挥了非常重要的作用。有限元在压力容器行业还会有更广大的空间。

下面浅谈一下在将来可以发挥作用的领域：

焊接过程中的残余应力研究，充分指导我们的容器的焊接过程；

进一步分析液体球罐、大型原油储罐等在地震等作用下，液体对罐壁的冲击影响，进一步研究地震对设备的影响，使得这些大型设备的设计更安全更经济；