淺談壓力容器設計選材

鄭 丹

1 石化行業(yè)發(fā)展與現(xiàn)狀

最近的中美貿易大戰(zhàn)，讓中國的制造業(yè)站到了風口浪尖。美國對中興的制裁更是讓中國看到了科技實力對于一個制造大國的重要性。

中國人民幡然醒悟——最核心的技術還是要掌握在自己手中，有些東西是花錢也買不來的[1]。此時此刻中國制造業(yè)面臨著嚴峻現(xiàn)狀，這種“罪”不止存在于制造業(yè)，內憂外患下，作為石化行業(yè)的壓力容器設計人員，也是時候該看清楚自己的處境和面臨的各種挑戰(zhàn)。

全球化的經濟發(fā)展以及國際化的中國制造是現(xiàn)在這個時代的標志，石化行業(yè)設備的國際化趨勢在這個行業(yè)也慢慢顯現(xiàn)。據了解，我國的大型工程公司承攬境外石化的項目，其中制造這一重要環(huán)節(jié)由境內設備制造商完成；境外跨國公司在全球范圍內的工程項目，均將我國作為重要的設備采購地，也就是說，有相當部分的設備由我國企業(yè)建造[2]。這意味著我國制造企業(yè)需要按照國外標準生產承壓設備產品，因而必須采用國外標準認可的材料，通常也就是國外牌號材料，從事此類石化設備建造[3]。由于石化行業(yè)在壓力容器設計這方面存在許多不足，安全法規(guī)和技術標準發(fā)展不平衡，各項標準體系仍在逐步完善，使得在設計中經常會按ASME規(guī)范進行設計，因此此類設計種制造用材也必須是ASME規(guī)范所認可的材料。眾所周知，境外采購成本高，供貨周期長，采用國外材料經常是不得已而為之。因此，作為一名壓力容器設計人員，有義務盡自己的職責來用最優(yōu)化的設計并選用最優(yōu)化的材料，來解決設計中所面臨的種種問題。

2 壓力容器設計中選材的重要性

設計壓力容器，除了考慮載荷、時間和環(huán)境等條件，更重要的是其所用的結構和選材。選材是壓力容器設計的關鍵，往往一種材料的性能就會決定整個設備及整個裝置的安全性，是出色完成項目設計的重點。近幾年新聞上頻頻出現(xiàn)各起化工事故，其中不乏是由于設計選材所引起的，這不僅對與設計人員相關的人員、公司等等造成嚴重損失，對整個化工行業(yè)的發(fā)展更是帶來不可估量的影響[4]。因此壓力容器設計人員肩負的責任重大，不僅要了解各種材料的性能，還要熟悉能夠影響材料的一些重要因素，比如設備使用時間、使用環(huán)境和制造廠的一些重要工藝流程等等，并需要與各個上下游專業(yè)密切溝通才能保證所設計的設備在安全期限達到最大合理化的運用[5]。現(xiàn)階段所接觸的項目中的選材大多數依賴于經驗，但在這個越來越多元化的時代，客戶所需要的設備功能也越來越復雜，這不僅僅給選材帶來了更多難度，也給整個設計增加了更多成本。而且實際中往往設計人員所選的材料也并非業(yè)主所了解或易于購買，很多時候當所有設計圖紙已經完成但最后不得已又要重新設計的例子也時有發(fā)生，此時更會影響整個設計過程的進展。一臺壓力容器從設計、選材再到制造、檢驗，每一環(huán)節(jié)缺一不可，但選材這一最重要的環(huán)節(jié)卻缺乏深入研討，這一重點給設計任務帶了重重考驗。

3 壓力容器設計中選材原則

作為在小型設計院工作及大型設計院學習過的入門級壓力容器設計人，筆者經過實踐與經驗的磨煉，總結了如下幾項選材原則。

（1）熟悉項目統(tǒng)一規(guī)定

拿到設計任務之后不要急于設計，了解整個項目的統(tǒng)一規(guī)定是關鍵，往往業(yè)主對設備的材料會有統(tǒng)一的要求，包括特殊工藝條件下設備的工作特點都會詳細敘述。2016年筆者參與設計的硫磺裝置就出現(xiàn)過類似問題，因為下游設計缺乏與總負責人溝通，導致設計人員在完成了所有設備的設計后才發(fā)現(xiàn)跟統(tǒng)一規(guī)定的材料有所出入。雖然設計人員的材料也符合設計任務，但是最終卻因為不符合統(tǒng)一規(guī)定要求而需要重新選材與計算，重新設計圖紙，不僅浪費人力、物力，造成各種損失，也對后面的合作關系產生了一定影響。

（2）了解設備結構

理解設備結構，才能合理選材，設備運行過程中往往出現(xiàn)腐蝕，此時除了考慮壁厚的影響，還必須考慮選材是否合理。2015年筆者參與設計改造了煉油廠減壓塔，由于先前設計選材不當，導致部分塔壁嚴重腐蝕，改造設計將部分塔壁的碳鋼換成不銹鋼復合板。這種情況就是由于設計人員未充分了解設備的結構所引起的選材不當問題。不僅如此，強度和剛度也會影響選材，設備不同結構的強度和剛度都會不同，制造加工、安裝等也都不同，因此合理選材，可以有效避免損失。

（3）扎實基本知識

有句俗語說的很好，在小設計企業(yè)工作三年比不上在大型設計院工作半年。除了反思環(huán)境對設計人的影響，更重要的是大型設計院對設計人員基礎知識的培訓。站的高看得遠，設計也是如此，實踐出真知，設計的多了，知識面豐富了，設計選材的問題自然也不在話下。雖然標準中對材料的性能都做出了詳細的描述，但設計人員還是會出很多簡單的錯誤。因此不斷地學習、總結，扎實自己的基本知識才能做出一份滿意的圖紙。

4 結語

縱觀石化行業(yè)，雖然在很多方面已經邁出了一大步，但是“中國制造”要走向世界、做大做強仍任重而道遠。壓力容器材料是壓力容器設計的靈魂，而作為一名設計人員，也要時刻牢記自己的初心，不忘使命，砥礪前行，不斷地充實自己，保證壓力容器設計質量，貫徹落實《中國制造2025》，推動石化化工行業(yè)由大變強，讓石化行業(yè)真正走向世界，得到國際的認可。