化工壓力容器的選材及補強設計

張志榮

（大連仁海重工有限公司，遼寧 大連 116000）

在整個化工操作環節，化工壓力容器的質量是至關重要的，為此一定要根據相關規定來確定其筒體材料。由于化工壓力容器裝置的設計部門以及制造企業間對壓力的標準和要求有不一樣的理解，從而導致化工壓力容器在完成后的試運行階段，發生各種問題，所以為了使化工壓力容器得到更為妥善的維護，一定要選擇最佳的材料進行替換代用。

1 化工壓力容器的合理選材

化工壓力容器設計過程中，為了確保化工壓力容器的正常使用，應遵循國家相關標準的要求，綜合考慮壓力容器的設計壓力、使用年限及使用環境等因素，進行合理選材，與此同時，也應充分考慮到壓力容器所儲存的介質對主體材料所常來的影響。通常情況下，對于在硫濃度環境中使用的壓力容器，多選擇20R 碳素鋼或者是20 碳素鋼，嚴禁使用低合金鋼；對于在高溫氫腐蝕環境中使用的壓力容器，多選擇Ti、M0 等合金鋼；高溫環境下，碳錳鋼、碳素鋼材料會變脆，鋼中滲碳體容易發生分解，導致材料可塑性、強度下降，因此，如果壓力容器內部溫度過高，則不適宜使用碳錳鋼、碳素鋼，以避免鋼中碳化物的石墨化反應。化工壓力容器補強設計中，也要合理選擇補強材料，避免因材料強度等級過低而導致的補強面積增大的問題。同時，如果接管補強面積過小，則會降低補強效應，也會給焊接質量帶來一定的不利影響。面對這樣的問題，制作厚壁接管的時候，可以選擇無縫鋼管材料。若是化工壓力容器的設計壓力較高，相對應的其所需要的壁厚也較大，為滿足化工壓力容器的補強要求，應采用鍛件來制造接管；若是化工壓力容器的設計壓力較低，為降低接管壁厚，可選擇無縫鋼管，但必須要確保其可以滿足化工壓力容器的補強要求。選擇補強圈材料的時候，應選擇與筒體材料相同的材料，以便于減少制作成本。此外，還應根據化工壓力容器的介質特性、使用環境等因素，來合理選擇厚壁接管材料，一般來說，厚壁接管材料的類型及其強度，應與殼體材料相同。

2 化工壓力容器的補強設計要點

2.1 開孔補強設計要點

在對壓力容器進行補強結構設計時，需要尤其注重局部補強結構的設計，即為強圈搭焊、整體鍛件以及后壁接管結構的補強。其中后壁接管補強技術具有很多優勢，比如說可保證焊接質量、結構簡單以及焊縫較少等，所以補強效果是有保障的。整體鍛件補強技術，即對接管、補強結構以及部分殼體進行加工，使其成為一個完整的鍛件，之后需要通過焊接方式連接起接管以及殼體，該方法能減少應力的集中程度，所以材料在通過補強之后，其可具有更高的抗疲勞性。然而整體鍛件補強技術依然有很多的問題，比如說使用頻率較小，造價較高，常見于要求非常高的化工行業壓力容器補強作業中。另外補強圈補強技術常見于操作溫度較低的低型壓力容器中，其操作原理是在無限大的平板開小孔。通過把補強板材料焊接于焊壁上，能夠使開孔邊緣部位的金屬強度得到增強。開孔所除去金屬的質量直接關系到可補回的金屬數量。所以為使得小直徑的開孔方式更為有效，應考慮補強圈補強技術。但是補強圈補強技術仍有一些問題，像是補強圈及外殼體會相互分離，很難成為一個整體，同時在做好補強工作之后，抗疲勞程度會減少。在進行開孔補強設計時，需要做好補強圈的設計工作。一般來說，設計人員需要根據補強圈的標準要求開展設計工作，具體來說涉及到以下三種情況：首先，補強圈不超過殼體厚度；其次，補強圈和殼體厚度所一致；最后補強圈的厚度超過殼體的。第二種設計方法占有很大的優勢，這是由于這種設計方法不僅可以更為全面的應用材料以及備料，材料的浪費情況會大大減弱。

2.2 開孔補強應力論述

在對化工壓力容器實施開孔處理之后，會出現三種應力，即薄膜應力、峰值應力以及彎曲應力。一般來說，壓力容器會直接受到均勻薄膜應力的制約。開孔后，通常開孔邊緣區域會受到應力的集中作用，受影響程度會受到距離遠近的影響，與孔相距較遠部位的應力幾乎不會發生變動，但是總體薄膜應力會不超過其應力水平。在對壓力容器進行開孔處理之后，其和接管連接部位所出現的范圍分布相對較小，這造成數值增高以及峰值應力問題的出現幾率較大。彎曲應力應劃分為一次應力，其可以對殼體以及接管之間的連接性能進行協調，并會出現相應的應力，同時在正常運行時，壓力容器的很難遭到破壞。

3 開孔補強實際操作應該注意的問題

在化工壓力容器設計中，開孔補強設計具有非常重要的作用，可以有效地提高壓力容器的性能，確保壓力容器設計的合理性。因此在具體開孔補強設計應用過程中，要關注規定的注意事項，以提高設計的質量，確保壓力容器使用時的安全性和可靠性，保證化工生產的安全有序進行。嚴格把關接管厚度。嚴格按照理論標準的要求計算接管厚度，在實際接管設計時，接管厚度過大會影響焊接質量，厚度過小無法抵御反復壓力的沖擊，因此要保證接管厚度與具體的標準相符。接管接觸面積要保持與壓力容器開孔面積相等。

4 結語

在化工壓力容器設計中，開孔補強設計具有不可或缺性，同時也是壓力容器安全和性能的重要保障。因此在實際設計過程中，需要合理選材，并針對實際情況來選擇合理的補強方式。