基于化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

宋 寧

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，成都 610225）

基于化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

宋 寧

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，成都 610225）

隨著我國現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)快速發(fā)展，對一些化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)水平提出更高的要求。基于此，本文研究化工壓力容器中的材料選擇和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

化工壓力容器 選材 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

引言

隨著社會不斷的發(fā)展，化工壓力容器在化工生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色，容器的選材和補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到容器的安全運(yùn)行。在化工壓力容器的材料選擇和補(bǔ)強(qiáng)分析工作中，熟練運(yùn)用相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并輔以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才能保證所選材料具有較高的準(zhǔn)確性，并可在化工壓力容器中使用?；毫θ萜鞯脑O(shè)計(jì)單位和制造單位在化工壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用中還存在著一定的不足，在運(yùn)用時(shí)稍有不慎就會埋下威脅人們生命健康財(cái)產(chǎn)安全的隱患。要解決這一問題，就需要做好化工壓力容器材料選擇與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作，從而保證化工壓力容器順利運(yùn)行，促進(jìn)我國工業(yè)快速發(fā)展。

1 化工壓力容器主體材料

1.1 選用原則

化工介質(zhì)本身具有易燃、易爆、有毒等特性，對環(huán)境、人體等有著嚴(yán)重潛在隱患。因此，在化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中做好材料選擇工作，才能保證化工產(chǎn)品的生產(chǎn)使用安全，防止對環(huán)境、人體的危害。現(xiàn)階段，化工壓力容器在材料選擇過程中按照國家指定要求進(jìn)行，并根據(jù)化工壓力容器的實(shí)際情況制定對應(yīng)的設(shè)計(jì)方案[1]。

化工壓力容器的材料選擇需與工作壓力、使用年限、工作環(huán)境等聯(lián)系起來。結(jié)合化工介質(zhì)本身特點(diǎn)分析，如介質(zhì)具有較高的硫化氫濃度，就應(yīng)慎重選擇材料以防止硫化氫應(yīng)力腐蝕；由于有些化工介質(zhì)還具有一定腐蝕性，在選材時(shí)還應(yīng)結(jié)合使用年限確定腐蝕裕量合理的選材，高強(qiáng)度高抗腐蝕性的材料不一定適用所有的壓力容器，要結(jié)合容器本身的特點(diǎn)在安全性、經(jīng)濟(jì)性上做出平衡選擇[2]。

1.2 補(bǔ)強(qiáng)材料的選擇

化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)分為補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、整體殼體加厚補(bǔ)強(qiáng)和厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)一般選擇與本體相同的材質(zhì)，若補(bǔ)強(qiáng)圈材料的許用應(yīng)力與殼體材料的許用應(yīng)力不同，則補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力比而變化。同時(shí)還可以選擇厚壁接管代替補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，壁厚之比控制在0.5～2為宜。而整體殼體加厚補(bǔ)強(qiáng)較少選用。由此可見，化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)根據(jù)化工壓力容器壓力、溫度、介質(zhì)和本體材質(zhì)選擇[3]。

2 化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

2.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

在化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中，需事先設(shè)置相應(yīng)的化工壓力容器接管圖，如圖1所示。然后選擇合適的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法，方法包括等面積法和分析法，再選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)方式。設(shè)計(jì)方案選定后，才能對補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作有一個(gè)準(zhǔn)確的把握。現(xiàn)階段，化工壓力容器在補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中，常常會使用厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)、整體殼體加厚補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)三種方式[4]。

圖1 化工壓力容器接管圖

2.2 化工壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)

在化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中，開孔補(bǔ)強(qiáng)最主要的是截面的選取，通過對補(bǔ)強(qiáng)面積的確定和計(jì)算，求得開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，再選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)方式。補(bǔ)強(qiáng)方式之一的補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度情況主要有以下三種：補(bǔ)強(qiáng)圈厚度比殼體小、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與殼體厚度一致、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度大于殼體這三種。其中，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與殼體厚度相一致在化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中得到較多應(yīng)用，而厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)在其設(shè)計(jì)制造中顯現(xiàn)出的優(yōu)勢使其得到廣泛的應(yīng)用。

3 化工壓力容器材料選擇的注意要點(diǎn)

3.1 化工壓力容器材料選擇的變化及其影響因素

在傳統(tǒng)的化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中，在選擇材料時(shí)主要根據(jù)材料的品質(zhì)、尺寸大小選擇。一些高強(qiáng)度的材料確實(shí)要比一些的低強(qiáng)度的材料更為優(yōu)秀，但隨著社會不斷的發(fā)展，這種材料選擇方式已跟不上社會發(fā)展的腳步，并未在化工壓力容器中得到廣泛應(yīng)用。雖然高強(qiáng)度的材料和較大的容器壁厚可在一定程度上保證化工壓力容器的力學(xué)和使用性能，但并非所有的工作環(huán)境都適用，以免既浪費(fèi)又埋下安全隱患，要結(jié)合壓力容器的工作壓力、溫度、介質(zhì)和使用年限等合理選材，有些條件下可選擇復(fù)合板設(shè)計(jì)，力求在安全性和經(jīng)濟(jì)性上做出較優(yōu)化的選擇[5]。

3.2 化工壓力容器運(yùn)行溫度對材料選擇的影響

現(xiàn)階段，在對化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中，不僅僅要考慮壓力和化學(xué)產(chǎn)品影響的問題，同時(shí)還要考慮化工壓力容器在運(yùn)行過程中溫度對于材料的影響，以保證所設(shè)計(jì)制造出的化工壓力容器產(chǎn)品具有較高的安全性。以碳錳鋼和碳素鋼為例，在溫度較高的環(huán)境下，這些材料在化工壓力容器運(yùn)行過程中會產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象，其主要原因就是這兩種材料中自身含有大量的碳元素。石墨化現(xiàn)象在化工壓力容器中會破壞這兩種材料的整體性能，其強(qiáng)度與塑性顯著降低而引起脆斷，使化工壓力容器承受不住其中的壓力出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重的會產(chǎn)生爆炸，對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。因此，在對化工壓力容器進(jìn)行溫度設(shè)計(jì)的過程中一定要選擇合適的材料，并根據(jù)化工壓力容器的工作狀態(tài)和環(huán)境制定對應(yīng)的操作方法，保證在設(shè)計(jì)的環(huán)境中化工壓力容器的安全正常運(yùn)行[6]。

化工壓力容器是化工企業(yè)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的重要設(shè)備，做好化工壓力容器材料選擇與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作可有效保證化工行業(yè)的發(fā)展，保障化工產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在選擇材料時(shí)要考慮到材料的成分、組織、性能、標(biāo)準(zhǔn)等，同時(shí)結(jié)合壓力容器的工作壓力、溫度、介質(zhì)和使用年限，并嚴(yán)格遵守國家指定要求選用，從根本上保證化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的高效進(jìn)行。

4 結(jié)語

在化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)選用適當(dāng)?shù)牟牧?，從而保證化工壓力容器安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的材料已逐漸無法滿足化工壓力容器的需求，只有跟上社會發(fā)展的腳步，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不斷地創(chuàng)新、完善選材過程，才能做好化工壓力容器選材和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作。

[1]鄒文杰.壓力容器選材的探討[J].油氣田地面工程，2012，31（11）：58-59.

[2]傅偉，黃聲義，陳守清，等.Q245R、Q345R焊接接頭抗硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)研究[J].化工機(jī)械，2015，42（5）：635-638.

[3]周一飛.開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].廣州化工，2015，（14）：181-182.

[4]楊福昌，胡麗萍，李紅.殼體徑向平齊接管開孔補(bǔ)強(qiáng)之等面積法與應(yīng)力分析法[J].石油化工設(shè)備，2013，42（S1）：22-25.

[5]刁少嵐，師曙霞.碳鋼石墨化預(yù)防及處理[J].河北企業(yè)，2012，（1）：88.

Design and Analysis of Material Selection and Reinforcement Based on Chemical Pressure Vessel

SONG Ning
(Southwest Research and Design Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Chengdu 610225)

With the rapid development of China’s modern chemical industry, the level of some chemical production technology to put forward higher requirements. Based on this, this paper studies the material selection and reinforcement design in the chemical pressure vessel.

chemical pressure vessel, material selection, reinforcement design