化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

柳秀梅袁興海

（1.中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計(jì)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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

柳秀梅1袁興海2

（1.中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司錦州設(shè)計(jì)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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在化工壓力容器設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，材料性能的優(yōu)良和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的技術(shù)含量會(huì)對(duì)化工壓力容器作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。化工壓力容器的材料選擇與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)常出現(xiàn)的各種問(wèn)題不利于化工壓力容器的正常運(yùn)作。本文主要探討化工壓力容器整體加厚補(bǔ)強(qiáng)材料的選擇要領(lǐng)以及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)思路。針對(duì)各種應(yīng)力變化的原因支出相應(yīng)的核算設(shè)計(jì)建議。在對(duì)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(shí)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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)；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(duì)其筒體材料的選擇需要按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范謹(jǐn)慎操作。化工壓力容器的設(shè)計(jì)與制造單位通常對(duì)其壓力的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范存在著一定理解上的偏差，所以會(huì)出現(xiàn)化工壓力容器在投入試用階段出現(xiàn)問(wèn)題，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟牧咸鎿Q代用和進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)才可實(shí)現(xiàn)對(duì)化工壓力容器的妥善維護(hù)。傳統(tǒng)壓力容器材料代換與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)常出現(xiàn)各類技術(shù)上的問(wèn)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(jì)時(shí)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(yùn)行質(zhì)量，在壓力容器設(shè)計(jì)及材料替換過(guò)程中需要嚴(yán)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(jì)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(jī)械基質(zhì)材料的特性對(duì)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(duì)各種易燃易爆與充斥毒性等其他破壞性和腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境需要對(duì)材料進(jìn)行特殊的表面處理。

2.化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)材料的選用

補(bǔ)強(qiáng)材料一般選用強(qiáng)度較低的材料，并要考慮焊接時(shí)可能發(fā)生的負(fù)面反應(yīng)以及補(bǔ)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(wú)縫鋼管。在設(shè)計(jì)壓力較小且同時(shí)滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚并不大的情況下，選用無(wú)縫鋼管比較科學(xué)；設(shè)計(jì)壓力較高且要滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚較大時(shí)，可選用鍛件來(lái)加工制造。在對(duì)補(bǔ)強(qiáng)材料進(jìn)行選擇時(shí)，需要綜合考慮材料的強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性與焊接狀況等因素［2］。

二、化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)思路方法及其影響的分析

1.補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法的具體分析

補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法在化工壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)中屬于重點(diǎn)技術(shù)類型。化工壓力容器接管開口處的設(shè)備設(shè)計(jì)是整體設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)。在補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)具體注意以下幾項(xiàng)：①精確進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)；②補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)落實(shí)接管結(jié)構(gòu)的抗腐蝕設(shè)計(jì)；③嚴(yán)格控制接管開孔處焊接結(jié)構(gòu)的面積，減少偏差；④對(duì)各種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分別處理。主要的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法包括：整鍛件補(bǔ)強(qiáng)、整體加厚殼體補(bǔ)強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)等。

2.化工壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)

補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)是開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)，補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)一般按照（JB/T 4736-2002）來(lái)規(guī)范設(shè)計(jì)。補(bǔ)強(qiáng)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(diǎn)和設(shè)計(jì)要求確定），三種情況分別為補(bǔ)強(qiáng)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(jì)的好處是便于備料和對(duì)材料的充分利用，減少浪費(fèi)。依照以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看可以采取的措施有如下三種：增加整個(gè)筒體的厚度；增加補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度或接管的厚度；增加開孔處局部筒體厚或加大補(bǔ)強(qiáng)圈的寬度［3］。

三、化工壓力容器材料選擇設(shè)計(jì)的具體分析

1.壓力容器設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，單純以為用高強(qiáng)度材料代替低強(qiáng)度材料的方式并不完全合理。“以優(yōu)代劣”并不安全可行。鋼制壓力容器設(shè)計(jì)對(duì)材料力學(xué)性能的要求雖然重視其強(qiáng)度，實(shí)際上更重視其可塑性與韌性。傳統(tǒng)“以厚代薄”的設(shè)計(jì)方式同樣有失偏頗，單純?cè)黾雍穸炔⒉荒芨拘越鉀Q壓力容器殼體受力問(wèn)題。

2.壓力容器使用溫度對(duì)設(shè)計(jì)材料選擇的影響

碳錳鋼和碳素鋼在溫度過(guò)高的環(huán)境下長(zhǎng)期使用時(shí)，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(huì)分解，鋼材明顯變脆，從而使材料的強(qiáng)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(yǔ)

化工壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程與制造過(guò)程對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)的掌控偏差致使壓力容器的材料代用問(wèn)題成為一項(xiàng)重要的技術(shù)，正確的代用材料選擇和科學(xué)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法在維護(hù)化工壓力容器安全運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器材料代用工作的科學(xué)性。本文在對(duì)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(shí)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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析［J］.山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)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(jì)選材問(wèn)題［J］.科技視界（科技·探索·爭(zhēng)鳴）：機(jī)械與電子，2014，08（26）：121+301.