壓力容器設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗措施

張彥超

中國石油工程建設(shè)有限公司 北京 100000

為做好壓力容器的節(jié)能降耗工作，首先要從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)入手，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性合理地選擇材料，然后根據(jù)實(shí)際使用情況，確定容器的結(jié)構(gòu)尺寸，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為此，本文綜合考慮實(shí)施節(jié)能降耗理念的需要，在對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)節(jié)能降耗的認(rèn)識(shí)和理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合日常設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了壓力容器設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的節(jié)能措施[1]。

1 壓力容器設(shè)計(jì)中節(jié)能降耗的基本要求

就節(jié)能降耗而言，壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是嚴(yán)格審核設(shè)計(jì)方案和數(shù)據(jù)，避免因設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方面的原因造成不必要的能耗；二是選擇合適的材料，在滿足功能要求、安全性等要求的基礎(chǔ)上，盡量選用節(jié)能型較好的材料；三是注意對(duì)設(shè)計(jì)過程中的熱換容器進(jìn)行優(yōu)化處理，盡可能提高其換熱效率，確保其能量充足；四是在設(shè)計(jì)過程中如有保冷、保溫等特殊要求，則應(yīng)做好方案設(shè)計(jì)過程中的保冷措施或保溫措施；五是對(duì)可合理改造的壓力容器設(shè)備，盡量提高材料利用率，最大限度發(fā)揮材料的剩余價(jià)值。

2 壓力容器設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗措施

2.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方面

設(shè)計(jì)中涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)很多，但設(shè)計(jì)規(guī)范不同，設(shè)計(jì)參數(shù)的正確理解和選擇對(duì)壓力容器的各個(gè)方面都有很大影響。例如，腐蝕余量和焊接結(jié)構(gòu)等。一般情況下，腐蝕裕量主要是根據(jù)設(shè)備預(yù)定使用期和介質(zhì)對(duì)壓力容器腐蝕速率確定的。但由于材料的腐蝕率沒有給出，設(shè)計(jì)者難以確定，一般的做法是設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作一個(gè)簡單的粗略估計(jì)。由此產(chǎn)生的問題也是顯而易見的，對(duì)于容器腐蝕余量的不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致選材和壓力容器壁厚不同，直接影響到壓力容器的生產(chǎn)成本和安全性能。要提供準(zhǔn)確的材料腐蝕速率，對(duì)不同性質(zhì)的材料要區(qū)別對(duì)待，以保證材料使用的準(zhǔn)確性，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高安全性能。在選擇焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作條件和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行合理選擇[2]。

2.2 壓力容器材料方面

設(shè)計(jì)材料的選擇也是壓力容器在設(shè)計(jì)過程中節(jié)能降耗的一個(gè)重要因素。以下是影響壓力容器選材的主要因素。

（1）媒體特性。媒質(zhì)的性質(zhì)，特別是腐蝕性，對(duì)材料的選擇影響很大。一般情況下，設(shè)計(jì)者可參考各種材料的腐蝕數(shù)據(jù)資料或參考已投入使用的類似設(shè)備的使用情況進(jìn)行選擇。特別要注意含硫化氫、氫氣和氯氣等物質(zhì)的情況。

（2）操作溫度。在材料選擇中，溫度也是一個(gè)非常重要的因素。溫度對(duì)材料性能有影響，溫度越高，強(qiáng)度越低，抗氧化性越差。每一種材料都有其適宜的溫度范圍和最高使用溫度，如果超過了這個(gè)范圍或超過了這個(gè)溫度，就不適合使用。韌性是決定材料低溫使用性能的基礎(chǔ)。當(dāng)設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，通常要求材料在一定的低溫條件下具有相應(yīng)的沖擊韌性。塑性和韌性還與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，塑性和韌性也隨之下降。

（3）工作的壓力。確定壓力容器材料的名義厚度，與壓力的計(jì)算及設(shè)備尺寸大小有關(guān)。一般來說，壓力容器的名義厚度越大，其材料的性能就越差，加工就越不方便，同時(shí)還會(huì)增加制造加工的成本，經(jīng)濟(jì)性差，采用高強(qiáng)度鋼來解決壁厚、經(jīng)濟(jì)性差的問題。

（4）加工制造。工藝性在加工制造中，特別要考慮工藝性（冷、熱）和焊接工藝性所帶來的影響。五、物資采購。對(duì)大多數(shù)常用鋼材，均可直接購買使用。對(duì)于某些特殊物料，特別是規(guī)格較大、數(shù)量較少的物料，采購時(shí)間較難控制。所以在設(shè)計(jì)選材時(shí)，優(yōu)先選用壓力容器的規(guī)格和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)推薦的材料，國產(chǎn)材料。在日常使用經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)要求的基礎(chǔ)上，總結(jié)出以下選材原則供參考：對(duì)于單層容器，如果鋼板厚度小于8mm，則優(yōu)先選用碳鋼鋼板；如鋼板厚度大于8mm，應(yīng)選用Q345R 等常用低合金鋼。根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度等因素，按Q235B、Q235C、Q245R、Q345R 四個(gè)等級(jí)（以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主）選擇相應(yīng)的鋼板（主要用于強(qiáng)度設(shè)計(jì)）。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度≥500℃時(shí)，應(yīng)盡量選擇不銹鋼作為耐熱鋼。另外，如果鐵離子污染嚴(yán)重或介質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕性，也最好選擇不銹鋼。如果所需的不銹鋼鋼板厚度大于12 毫米，則宜采用內(nèi)襯、復(fù)合、堆焊等結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度為450-620℃時(shí)，可選用珠光體耐熱鋼。在溫度≥250℃、高溫高壓抗氫條件下，珠光體耐熱鋼也是理想的。與此同時(shí)在使用過程中，應(yīng)盡量減少鋼材的品種和規(guī)格。

2.3 換熱效率方面

換熱壓力容器在石化行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。換熱壓力容器在企業(yè)的日常生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著十分重要的作用。熱交換效率是影響企業(yè)生產(chǎn)效益的重要因素。所以高效熱交換器的使用，既能響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，又能降低企業(yè)自身的能耗，降低成本，提高效益。壓力容器換熱效率普標(biāo)偏低，能量消耗大，高效換熱器只占總能量的10% 左右，造成能源的大量浪費(fèi)。為此，應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)開展換熱壓力容器能效測(cè)試與評(píng)價(jià)，為企業(yè)節(jié)能減排提供參考。與此同時(shí)，在對(duì)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能提高熱交換效率，保證節(jié)能要求。

2.4 絕緣保冷方面

在正常工作條件下，對(duì)介質(zhì)參數(shù)特別是溫度有一定要求。過程管路和壓力容器如不采用保溫保冷措施，則其內(nèi)部介質(zhì)極易隨外界空氣溫度變化而發(fā)生變化，有時(shí)為了達(dá)到作業(yè)條件，還需增加輔助設(shè)備。所以，通常在過程管道和壓力容器外加一層隔熱保冷材料（即保溫保冷材料），以減少與外界空氣的接觸和熱損失。特殊保溫保冷材料及厚度，可根據(jù)容器的不同及使用條件的實(shí)際需要作相應(yīng)調(diào)整。與此同時(shí)，隨著國家節(jié)能減排工作的深入開展，許多企業(yè)都引進(jìn)了全新的節(jié)能技術(shù)、節(jié)能材料，節(jié)能效果十分明顯。選用節(jié)能、保溫、保暖的新材料也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的措施之一[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，作為石化行業(yè)的重要組成部分，壓力容器的節(jié)能減排工作對(duì)加快我國石化行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。因此在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、生產(chǎn)工藝要求等安全性的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)的材料，提高換熱效率，采用保溫保冷措施和廢利用等措施，達(dá)到節(jié)能減排的目的。與此同時(shí)，要強(qiáng)化全行業(yè)的節(jié)能減排意識(shí)，把節(jié)能減排落實(shí)到日常工作中，讓經(jīng)濟(jì)與環(huán)境共同發(fā)展。