重型壓力容器輕量化技術研究進展

朱曉霞　張春宇

【摘 要】目前，我國正致力于進行生態文明建設，其中包括對各項資源的節約。重型壓力容器輕量化則是資源節約當中的重要舉措之一。目前，對我國重型壓力容器輕量化設計制造技術進行研究的學者比較眾多，且已經取得了一定研究成果。為了更好的分析重型壓力容器輕量化設計制造技術對壓力容器安全等方面造成的影響，本文主要從以下三個方面對目前的研究成果進行了綜述。首先，對應變強化工藝的應用進行了綜述；其次，對低合金高強鋼的應用進行了綜述；最后，對重型壓力容器強度安全系數調整方面的成果進行了綜述。

【關鍵詞】重型壓力容器 輕量化設計 制造技術

現今的科學技術發展速度較快，世界的經濟形勢亦在不斷變化。為了加速經濟發展，各個國家均已經開始對資源和能源結構進行調整，以便保證對資源和能源進行有效利用。就壓力容器的變化而言，其不僅逐漸變得介質苛刻化，大型化，亦表現出了重型壓力容器的輕量化。在輕量化設計與制造當中，諸多學者比較推崇采用更加先進的工藝和材料，對強度安全系數進行調整。無論是制造工藝、材料，或者是強度安全系數的調整均存在諸多難度，需要對目前的研究狀態具有清晰的認識。為此，本文從上述三個方面進行了諸多研究成果的綜述。

1輕量化設計制造中的應變強化工藝

奧氏體不銹鋼是重型壓力容器輕量化設計制造中比較新型的材料之一，具有屈強比較低的特點。該材料在強度拉強的狀態下，仍舊能夠具有2.4倍左右的抗拉強度安全系數。但是，該強度的安全系數并不能夠完全發揮出自身的承載能力。為此，需要采用恰當的工藝處理，進一步提高奧氏體不銹鋼的屈強，進而提高材料的利用率。

在該方面，我國學者劉農基等（2015）在其研究當中進行了相關闡述。其認為，在提高奧氏體不銹鋼的屈強，進而提高材料的利用率方面，首先應該對該材料的穩定性與性能變化規律進行研究，為應變強化工藝奠定堅實的理論基礎。在此基礎上，需要對該材料的幾何非線性與非線性進行考慮，進而建立初步的應變強化工藝分析模型。此外，必須通過大量該材料的爆破壓力實驗對其應變強度的安全指數進行驗證。經過其細致的研究與實驗結果顯示，經過應變強化工藝處理的奧氏體不銹鋼能夠具有3.7倍以上的容器強度，且容積、安全度均能夠有所保證[1]。

2輕量化設計中應用低合金高強鋼

重型壓力容器輕量化設計制造當中，在材料的選擇上可以選用低合金高強鋼。低合金高強鋼具有較低的成本，較高的性能，存在巨大優勢。在輕量化設計當中應用低合金高強鋼，將能夠使得重型壓力容器輕量化的設計主體壁厚被明顯減薄，同時降低鋼板的需求量。從該方面而言，應用低合金高強鋼便具有極大的社會與經濟效益。我國現今已經制定了相應的鋼板標準要求，包括GB713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》、GB150-2011《壓力容器》等多個標準。江慧豐等（2015）對常用的低合金高強鋼類型進行了總結，認為其主要包括：Q370R鋼板，具有良好的韌性、強度和焊接性；13MnNiMoR鋼板，能夠在常溫或者中溫的高壓容器制造當中有所應用；Q345R鋼板，現今在重型壓力容器輕量化設計當中的用量最大，能夠在控軋、熱軋、正火的狀態下進行交貨；12Cr2MolR鋼板，具有高強度、良好的抗氫性能，能夠用于重油脫硫臨氫裝置反應器以及加氫精制裂化反應器的設計與制造中[2]。

雖然多種低合金高強鋼能夠在重型壓力容器輕量化的設計與制造中有所應用，但是仍舊需要面對眾多比較苛刻的問題。例如，在應用的過程中需要使用十分高超的焊接工藝，焊接后堅決不能夠對其進行冷處理，以避免出現生冷的裂紋。同時，在腐蝕的環境當中比較容易出現應力腐蝕開裂的現象。因此，未來的研究當中必須在降低低合金高強鋼應力腐蝕性方面加大研究力度。

3調整重型壓力容器強度安全系數

任何一種重型壓力容器材料均具有相應的強度安全系數。強度安全系數在設計制造容器時，能夠對材料的折減量進行反映。具體的強度安全系數當中包括設計材料的選擇、強度計算方法、檢測項目、檢測工藝、制作經驗、管理水平等多方面內容。對材料的強度安全系數進行分析，并進行合理的降低調整，將能夠有效實現重型壓力容器的輕量化。我國在重型壓力容器強度安全系數的研究方面已經制定了諸多相關規定。其中包括《固定式壓力容器安全技術監察規程》，其中規定在調整容器強度安全系數時，應該將其從原本的3.0調整至2.7。

但是，在強度安全系數的調整方面仍存在著一定的誤區。為此，周雪靜等（2015）在其研究中表示，對材料的強度安全系數進行調整并非僅對壓力容器的壁厚進行減薄。在調整的過程中必須對材料的選用、制造工藝、容器結構、材料檢測、材料管理等多方面內容進行調整與改進[3]。由此方能夠保證調整制造后的重型壓力容器具有較高的質量水平和安全水準。

4結語

綜上所述，重型壓力容器輕量化是現今支持我國生態文明建設的重要舉措之一。通過重型壓力容器輕量化，將能夠有效支持綠色設計與制造，并且能夠實現節能減排。同時，有利于提高我國的重型壓力容器產品國際市場競爭力，在設計制造技術方面與材料選用方面均能夠具有一定積極意義。雖然現今我國諸多研究當中已經能夠在重型壓力容器輕量化的應變強化工藝、低合金高強鋼應用、強度安全系數調整等方面取得一定的研究成果。但是，未來仍舊需要在重型壓力容器輕量化設計與制造技術方面進行更加深入的鉆研。爭取在保證重型壓力容器質量與安全的條件下，提高所有產品的社會性能與經濟性能。

參考文獻：

[1]劉農基，聶潁新，陳崇剛 等.廣西石化渣油加氫反應器輕量化設計制造[J].壓力容器，2015，08（01）：25-35.

[2]江慧豐.我國壓力容器用低合金調質高強度鋼板的現狀與發展趨勢[J].熱加工工藝，2015，16（04）：16-19.

[3]周雪靜，段慶全，趙樂 等.裂紋型缺陷壓力容器適用性評價及軟件開發[J].石油和化工設備，2015，17（08）：17-20.