化工壓力容器選材與補強設(shè)計分析

柳秀梅袁興海

（1.中國石油集團東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計院，遼寧錦州121000 2.中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦124010）

化工壓力容器選材與補強設(shè)計分析

柳秀梅1袁興海2

（1.中國石油集團東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計院，遼寧錦州121000 2.中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦124010）

材料的選擇與補強設(shè)計在化工壓力容器設(shè)計中至關(guān)重要，材料性能的優(yōu)良和補強設(shè)計的技術(shù)含量會對化工壓力容器作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響?；毫θ萜鞯牟牧线x擇與補強設(shè)計常出現(xiàn)的各種問題不利于化工壓力容器的正常運作。本文主要探討化工壓力容器整體加厚補強材料的選擇要領(lǐng)以及補強設(shè)計的基本設(shè)計思路。針對各種應(yīng)力變化的原因支出相應(yīng)的核算設(shè)計建議。在對化工壓力容器材料變化不同溫度條件影響因素以及結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出材料選用時需充分考慮組成成分、性能和組織結(jié)構(gòu)等因素的結(jié)論。

化工壓力容器；選材；補強設(shè)計；分析

化工壓力容器整體結(jié)構(gòu)在化工操作中占據(jù)重要地位，對其筒體材料的選擇需要按照嚴格的標準進行規(guī)范謹慎操作?；毫θ萜鞯脑O(shè)計與制造單位通常對其壓力的標準與規(guī)范存在著一定理解上的偏差，所以會出現(xiàn)化工壓力容器在投入試用階段出現(xiàn)問題，必須進行適當?shù)牟牧咸鎿Q代用和進行補強設(shè)計才可實現(xiàn)對化工壓力容器的妥善維護。傳統(tǒng)壓力容器材料代換與補強設(shè)計常出現(xiàn)各類技術(shù)上的問題［1］。

一、化工壓力容器主體材料的選用

1.化工壓力容器主體設(shè)計時的材料選用方法原則

化工壓力容器整體材料的選用類型關(guān)系到壓力容器的安全運行質(zhì)量，在壓力容器設(shè)計及材料替換過程中需要嚴格遵守GB150及《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的科學(xué)規(guī)定繼續(xù)精確的材料選擇。在考慮設(shè)計壓力、材料使用壽命與工作環(huán)境溫度的等因素之外，還要重視考察化工機械基質(zhì)材料的特性對壓力容器材料可能造成的影響。在硫濃度大的環(huán)境中不適宜使用低合金鋼，對各種易燃易爆與充斥毒性等其他破壞性和腐蝕性較強的環(huán)境需要對材料進行特殊的表面處理。

2.化工壓力容器補強材料的選用

補強材料一般選用強度較低的材料，并要考慮焊接時可能發(fā)生的負面反應(yīng)以及補墻面的面積大小。厚壁接管既可以選用鍛件加工制造，也可選用無縫鋼管。在設(shè)計壓力較小且同時滿足補強要求所需的壁厚并不大的情況下，選用無縫鋼管比較科學(xué)；設(shè)計壓力較高且要滿足補強要求所需的壁厚較大時，可選用鍛件來加工制造。在對補強材料進行選擇時，需要綜合考慮材料的強度、經(jīng)濟性與焊接狀況等因素［2］。

二、化工壓力容器補強設(shè)計思路方法及其影響的分析

1.補強設(shè)計方法的具體分析

補強設(shè)計方法在化工壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)中屬于重點技術(shù)類型?；毫θ萜鹘庸荛_口處的設(shè)備設(shè)計是整體設(shè)計的重點難點。在補強設(shè)計過程中應(yīng)當具體注意以下幾項：①精確進行接管補強結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計；②補強設(shè)計中重點落實接管結(jié)構(gòu)的抗腐蝕設(shè)計；③嚴格控制接管開孔處焊接結(jié)構(gòu)的面積，減少偏差；④對各種補強結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行分別處理。主要的補強設(shè)計方法包括：整鍛件補強、整體加厚殼體補強和補強圈補強等。

2.化工壓力容器開孔補強結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計

補強圈的設(shè)計是開孔補強設(shè)計中的技術(shù)要點，補強圈標準一般按照（JB/T 4736-2002）來規(guī)范設(shè)計。補強圈厚度有三種選擇情況（需要根據(jù)壓力容器結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求確定），三種情況分別為補強圈小于殼體厚度、等于殼體厚度和大于殼體厚度。與殼體厚度相等是最佳的選擇狀態(tài)，這樣設(shè)計的好處是便于備料和對材料的充分利用，減少浪費。依照以往經(jīng)驗來看可以采取的措施有如下三種：增加整個筒體的厚度；增加補強圈的厚度或接管的厚度；增加開孔處局部筒體厚或加大補強圈的寬度［3］。

三、化工壓力容器材料選擇設(shè)計的具體分析

1.壓力容器設(shè)計材料選擇的變化及影響因素

傳統(tǒng)壓力容器材料代用設(shè)計時，單純以為用高強度材料代替低強度材料的方式并不完全合理?！耙詢?yōu)代劣”并不安全可行。鋼制壓力容器設(shè)計對材料力學(xué)性能的要求雖然重視其強度，實際上更重視其可塑性與韌性。傳統(tǒng)“以厚代薄”的設(shè)計方式同樣有失偏頗，單純增加厚度并不能根本性解決壓力容器殼體受力問題。

2.壓力容器使用溫度對設(shè)計材料選擇的影響

碳錳鋼和碳素鋼在溫度過高的環(huán)境下長期使用時，需要考慮鋼中碳化物的石墨化傾向，碳素鋼和碳素鋼在高溫情況下，鋼中的滲碳體會分解，鋼材明顯變脆，從而使材料的強度以及可塑性均下降，因此在高溫環(huán)境下的碳錳鋼和碳素鋼材料替換不可取。

四、結(jié)語

化工壓力容器的設(shè)計過程與制造過程對壓力標準的掌控偏差致使壓力容器的材料代用問題成為一項重要的技術(shù)，正確的代用材料選擇和科學(xué)的補強設(shè)計方法在維護化工壓力容器安全運行方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的的材料替代主要秉持以厚代薄和以優(yōu)帶劣的理念，并不能有效實現(xiàn)對壓力容器材料代用工作的科學(xué)性。本文在對化工壓力容器材料變化不同溫度條件影響因素以及結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出材料選用時需充分考慮組成成分、性能和組織結(jié)構(gòu)等因素的結(jié)論。

［1］王紅梅，傅忠君，趙巖.化工壓力容器選材與補強設(shè)計分析［J］.山東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，23（05）：107-110.

［2］李穎.壓力容器開孔管選材及補強設(shè)計分析［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量：技術(shù)研究，2011，11（11）：132+183.

［3］周新房.淺談化工壓力容器設(shè)計選材問題［J］.科技視界（科技·探索·爭鳴）：機械與電子，2014，08（26）：121+301.