化工壓力容器的選材及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

張志榮

（大連仁海重工有限公司，遼寧 大連 116000）

在整個(gè)化工操作環(huán)節(jié)，化工壓力容器的質(zhì)量是至關(guān)重要的，為此一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)定來確定其筒體材料。由于化工壓力容器裝置的設(shè)計(jì)部門以及制造企業(yè)間對壓力的標(biāo)準(zhǔn)和要求有不一樣的理解，從而導(dǎo)致化工壓力容器在完成后的試運(yùn)行階段，發(fā)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(hù)，一定要選擇最佳的材料進(jìn)行替換代用。

1 化工壓力容器的合理選材

化工壓力容器設(shè)計(jì)過程中，為了確?；毫θ萜鞯恼Ｊ褂茫瑧?yīng)遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，綜合考慮壓力容器的設(shè)計(jì)壓力、使用年限及使用環(huán)境等因素，進(jìn)行合理選材，與此同時(shí)，也應(yīng)充分考慮到壓力容器所儲存的介質(zhì)對主體材料所常來的影響。通常情況下，對于在硫濃度環(huán)境中使用的壓力容器，多選擇20R 碳素鋼或者是20 碳素鋼，嚴(yán)禁使用低合金鋼；對于在高溫氫腐蝕環(huán)境中使用的壓力容器，多選擇Ti、M0 等合金鋼；高溫環(huán)境下，碳錳鋼、碳素鋼材料會變脆，鋼中滲碳體容易發(fā)生分解，導(dǎo)致材料可塑性、強(qiáng)度下降，因此，如果壓力容器內(nèi)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(yīng)?；毫θ萜餮a(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，也要合理選擇補(bǔ)強(qiáng)材料，避免因材料強(qiáng)度等級過低而導(dǎo)致的補(bǔ)強(qiáng)面積增大的問題。同時(shí)，如果接管補(bǔ)強(qiáng)面積過小，則會降低補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，也會給焊接質(zhì)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(shí)候，可以選擇無縫鋼管材料。若是化工壓力容器的設(shè)計(jì)壓力較高，相對應(yīng)的其所需要的壁厚也較大，為滿足化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)要求，應(yīng)采用鍛件來制造接管；若是化工壓力容器的設(shè)計(jì)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(bǔ)強(qiáng)要求。選擇補(bǔ)強(qiáng)圈材料的時(shí)候，應(yīng)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(yīng)根據(jù)化工壓力容器的介質(zhì)特性、使用環(huán)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(qiáng)度，應(yīng)與殼體材料相同。

2 化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對壓力容器進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要尤其注重局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即為強(qiáng)圈搭焊、整體鍛件以及后壁接管結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)。其中后壁接管補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有很多優(yōu)勢，比如說可保證焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)簡單以及焊縫較少等，所以補(bǔ)強(qiáng)效果是有保障的。整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，即對接管、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)以及部分殼體進(jìn)行加工，使其成為一個(gè)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(yīng)力的集中程度，所以材料在通過補(bǔ)強(qiáng)之后，其可具有更高的抗疲勞性。然而整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)依然有很多的問題，比如說使用頻率較小，造價(jià)較高，常見于要求非常高的化工行業(yè)壓力容器補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)中。另外補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)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(bǔ)強(qiáng)板材料焊接于焊壁上，能夠使開孔邊緣部位的金屬強(qiáng)度得到增強(qiáng)。開孔所除去金屬的質(zhì)量直接關(guān)系到可補(bǔ)回的金屬數(shù)量。所以為使得小直徑的開孔方式更為有效，應(yīng)考慮補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。但是補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)仍有一些問題，像是補(bǔ)強(qiáng)圈及外殼體會相互分離，很難成為一個(gè)整體，同時(shí)在做好補(bǔ)強(qiáng)工作之后，抗疲勞程度會減少。在進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)工作。一般來說，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈的標(biāo)準(zhǔn)要求開展設(shè)計(jì)工作，具體來說涉及到以下三種情況：首先，補(bǔ)強(qiáng)圈不超過殼體厚度；其次，補(bǔ)強(qiáng)圈和殼體厚度所一致；最后補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度超過殼體的。第二種設(shè)計(jì)方法占有很大的優(yōu)勢，這是由于這種設(shè)計(jì)方法不僅可以更為全面的應(yīng)用材料以及備料，材料的浪費(fèi)情況會大大減弱。

2.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)力論述

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

3 開孔補(bǔ)強(qiáng)實(shí)際操作應(yīng)該注意的問題

在化工壓力容器設(shè)計(jì)中，開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的合理性。因此在具體開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，要關(guān)注規(guī)定的注意事項(xiàng)，以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，確保壓力容器使用時(shí)的安全性和可靠性，保證化工生產(chǎn)的安全有序進(jìn)行。嚴(yán)格把關(guān)接管厚度。嚴(yán)格按照理論標(biāo)準(zhǔn)的要求計(jì)算接管厚度，在實(shí)際接管設(shè)計(jì)時(shí)，接管厚度過大會影響焊接質(zhì)量，厚度過小無法抵御反復(fù)壓力的沖擊，因此要保證接管厚度與具體的標(biāo)準(zhǔn)相符。接管接觸面積要保持與壓力容器開孔面積相等。

4 結(jié)語

在化工壓力容器設(shè)計(jì)中，開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)具有不可或缺性，同時(shí)也是壓力容器安全和性能的重要保障。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要合理選材，并針對實(shí)際情況來選擇合理的補(bǔ)強(qiáng)方式。