化工压力容器选材与补强的设计范文

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摘要：压力容器设计过程中，必须加强对选材及补强设计的重视，提高材料质量，确保补强效果，以从源头上减少安全隐患的出现，确保化工压力容器的安全、稳定使用。本研究主要对化工压力容器的选材与补强设计相关问题进行了分析。

关键词：化工压力容器；选材；补强设计

调查发现，化工压力容器的设计单位、生产企业对压力容器生产标准的要求理解有所差异，导致压力容器试运行中出现了诸多问题。为确保化工压力容器的正常使用，必须采取有效的措施，提升化工压力容器的综合性能，这就需要合理选材、科学开展补强设计。

1化工压力容器的合理选材

化工压力容器设计过程中，为了确保化工压力容器的正常使用，应遵循国家相关标准的要求，综合考虑压力容器的设计压力、使用年限及使用环境等因素，进行合理选材，与此同时，也应充分考虑到压力容器所储存的介质对主体材料所常来的影响。通常情况下，对于在硫浓度环境中使用的压力容器，多选择20R碳素钢或者是20碳素钢，严禁使用低合金钢；对于在高温氢腐蚀环境中使用的压力容器，多选择Ti、M0等合金钢[1]；高温环境下，碳锰钢、碳素钢材料会变脆，钢中渗碳体容易发生分解，导致材料可塑性、强度下降，因此，如果压力容器内部温度过高，则不适宜使用碳锰钢、碳素钢，以避免钢中碳化物的石墨化反应。化工压力容器补强设计中，也要合理选择补强材料，避免因材料强度等级过低而导致的补强面积增大的问题。同时，如果接管补强面积过小，则会降低补强效应，也会给焊接质量带来一定的不利影响。面对这样的问题，制作厚壁接管的时候，可以选择无缝钢管材料。若是化工压力容器的设计压力较高，相对应的其所需要的壁厚也较大，为满足化工压力容器的补强要求，应采用锻件来制造接管；若是化工压力容器的设计压力较低，为降低接管壁厚，可选择无缝钢管，但必须要确保其可以满足化工压力容器的补强要求。选择补强圈材料的时候，应选择与筒体材料相同的材料，以便于减少制作成本[2]。此外，还应根据化工压力容器的介质特性、使用环境等因素，来合理选择厚壁接管材料，一般来说，厚壁接管材料的类型及其强度，应与壳体材料相同。需要注意的是，若是材料的强度等级过高，其补强效果及稳定性也相对较高，但相应的材料的成本也会有所增加，焊接难度增大，从而会在一定程度上影响化工压力容器的整体效益。

2化工压力容器的科学补强设计

2.1补强设计技术

化工压力容器补强设计中，多采取后壁接管、整体锻件、补强圈补强等技术。首先，实践发现，后壁接管补强有着诸多优势，其结构相对简单、焊缝相对较少，可以有效确保焊接质量，因此可得到理想的补强效果。其次，整体锻件补强指的是，对补强结构、接管及部分壳体进行有效整合，将其变成一个完整锻件，并采取焊接技术，将接管、壳体连接起来，整体锻件补强可以降低应力的集中程度，因此在经过补强后，材料的抗疲劳性可大幅度增加。但就现阶段来说，整体锻件补强的劣势也十分明显，包括造价高、使用频率小等，除非压力容器补强要求相对较高，否则一般情况下不会应用整体锻件补强。最后，补强圈补强，主要用于操作温度相对较低的化工压力容器之中。主要是在无限大的平板上开小孔。通过在焊壁上焊接强板材料，可以增强开孔边缘部位金属材料的强度。开孔过程中所去除的金属材料的数量，决定着可补回的金属材料的数量。因此，为提高小直径开孔的效果，应采取补强圈补强。但在压力容器中应用补强圈补强技术的时候，还面临着诸多问题，例如，外壳体、补强圈有可能会发生分离，难以形成一个完整的整体，补强完成后，其抗疲劳性能会有所降低，等。

2.2开孔补强设计

对化工压力容器进行开孔补强设计的时候，必须做好补强圈设计。设计人员通常情况下主要根据补强圈的相关设计标准来进行实际设计，所出现的情况包括：第一，补强圈厚度低于壳体厚度；第二，补强圈厚度、壳体厚度相同；第三，补强圈厚度高于壳体厚度[3]。若是补强圈厚度、壳体厚度相同，不仅便于备料及材料的应用，还可以减少材料的浪费。但需要注意的是，也要综合考虑压力容器设计标准及结构特征，合理确定补强圈厚度，确保其合理性。压力容器开孔补强后，所出现的开孔补强应力问题也不容忽视，主要包括弯曲应力、薄膜应力以及峰值应力三种开孔补强应力。弯曲应力为一次应力，通过协调接管、壳体间的连接性能，便可避免其对压力容器所造成的影响；均匀薄膜应力会直接给压力容器造成影响，开孔之后，开孔边缘区域通常会受到应力的集中影响，根据距离的远近，受影响程度也有所不同。压力容器开孔后，其与接管连接部位产生的应力范围分布较小，导致峰值应力的发生几率增加。

3结语

综上所述，化工压力容器质量及性能的优劣，在很大程度上影响着化工生产安全性、稳定性。基于此，必须合理选材、科学开展补强设计，以此来提升化学压力容器的质量。

参考文献：

[1]杨学明,许斌.压力容器在化工生产中的腐蚀与防护研究[J].化工管理,2017，(33):222.

[2]彭芳,焦健.有限元分析法在化工压力容器设计中的应用[J].内蒙古石油化工,2017,43(10):17-18.

[3]李海英.关于化工压力容器选材标准探析[J].中国石油和化工标准与质量,2017,37(20):7-8.

作者：田丰 单位：中油辽河工程有限公司