化工壓力容器選材與補強設計分析

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計在化工壓力容器設計中至關重要，材料性能的優良和補強設計的技術含量會對化工壓力容器作業質量產生較大影響。化工壓力容器的材料選擇與補強設計常出現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以及補強設計的基本設計思路。針對各種應力變化的原因支出相應的核算設計建議。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果的基礎上，得出材料選用時需充分考慮組成成分、性能和組織結構等因素的結論。

化工壓力容器；選材；補強設計；分析

化工壓力容器整體結構在化工操作中占據重要地位，對其筒體材料的選擇需要按照嚴格的標準進行規范謹慎操作。化工壓力容器的設計與制造單位通常對其壓力的標準與規范存在著一定理解上的偏差，所以會出現化工壓力容器在投入試用階段出現問題，必須進行適當的材料替換代用和進行補強設計才可實現對化工壓力容器的妥善維護。傳統壓力容器材料代換與補強設計常出現各類技術上的問題［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系到壓力容器的安全運行質量，在壓力容器設計及材料替換過程中需要嚴格遵守GB150及《壓力容器安全技術監察規程》的科學規定繼續精確的材料選擇。在考慮設計壓力、材料使用壽命與工作環境溫度的等因素之外，還要重視考察化工機械基質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生的負面反應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；設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、經濟性與焊接狀況等因素［2］。

二、化工壓力容器補強設計思路方法及其影響的分析

1.補強設計方法的具體分析

補強設計方法在化工壓力容器結構設計技術中屬于重點技術類型。化工壓力容器接管開口處的設備設計是整體設計的重點難點。在補強設計過程中應當具體注意以下幾項：①精確進行接管補強結構的尺寸設計；②補強設計中重點落實接管結構的抗腐蝕設計；③嚴格控制接管開孔處焊接結構的面積，減少偏差；④對各種補強結構的設計進行分別處理。主要的補強設計方法包括：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構的科學設計

補強圈的設計是開孔補強設計中的技術要點，補強圈標準一般按照（JB/T 4736-2002）來規范設計。補強圈厚度有三種選擇情況（需要根據壓力容器結構特點和設計要求確定），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，這樣設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計的具體分析

1.壓力容器設計材料選擇的變化及影響因素

傳統壓力容器材料代用設計時，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。“以優代劣”并不安全可行。鋼制壓力容器設計對材料力學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“以厚代薄”的設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計材料選擇的影響

碳錳鋼和碳素鋼在溫度過高的環境下長期使用時，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，因此在高溫環境下的碳錳鋼和碳素鋼材料替換不可取。

四、結語

化工壓力容器的設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，正確的代用材料選擇和科學的補強設計方法在維護化工壓力容器安全運行方面發揮至關重要的作用。傳統的的材料替代主要秉持以厚代薄和以優帶劣的理念，并不能有效實現對壓力容器材料代用工作的科學性。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果的基礎上，得出材料選用時需充分考慮組成成分、性能和組織結構等因素的結論。

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

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

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