摘要：本文對壓力容器設(shè)計時材料與壁厚的選取進行了探討。

關(guān)鍵詞：壓力容器 選材

壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。

壓力容器中的介質(zhì)種類繁多，來源廣泛，如原料、成品、半成品或者副產(chǎn)品等，這些介質(zhì)中不少具有易燃、易爆、有毒、有腐蝕的特性。因此壓力容器選材根據(jù)介質(zhì)特性的不同而不同，壓力容器鋼板有碳素鋼板、低合金鋼鋼板、高合金鋼鋼板、不銹鋼與碳素鋼或低合金鋼的復(fù)合鋼板以及銅、鋁、鈦等有色金屬鋼板等多種種類，且每種鋼板都有它的適用范圍。選取時應(yīng)考慮多方面因素。使設(shè)計的壓力容器即安全又經(jīng)濟合理。

壓力容器的選材不但與容器內(nèi)介質(zhì)有關(guān)，還與容器的操作壓力、操作溫度有關(guān)，且有厚度極限值。例如：

Q235-B鋼板適用于：容器設(shè)計壓力P≤1.6Mpa；使用溫度為0~350℃，用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm，且不得用于毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器；而Q235-C鋼板則適用于：容器設(shè)計壓力P≤2.5Mpa；使用溫度為0~400℃，用于殼體時，鋼板厚度不大于30mm；

當(dāng)要求比上述更高時，可選用低合金高強度鋼，最常用Q345R，達300～450℃。當(dāng)操作溫度達到400～600℃時，要選用高溫用鋼， 如15CrMoR、12Cr2Mo1R等，正火或調(diào)質(zhì)態(tài)使用。介質(zhì)溫度達到600～1100℃時，則選用高鉻鎳奧氏體耐熱鋼。介質(zhì)溫度≤700℃且承載不大，要求抗氧化性時，可選用Cr6Si2Mo。

還有一些壓力容器，其操作溫度≥-40℃，這時應(yīng)選用低溫用鋼，16MnDR（正火態(tài)）、07MnNiCrVDR（大型球形容器，調(diào)質(zhì)態(tài)）等。操作溫度≥-60℃時，可選用09MnTiCuREDR(正火態(tài))。操作溫度≥-70℃時，可選用09Mn2VDR、09MnNiDR。操作溫度≥-90℃時，可選用06MmNbDR。介質(zhì)溫度≤-90℃，則選用高鉻鎳奧氏體鋼等。

一些特殊介質(zhì)還要選用鋁或鈦等有色金屬。

選定壓力容器用材后，再確定鋼板的厚度，設(shè)計人員在壓力容器厚度選取時，要充分考慮厚度變化對強度的影響，尤其是設(shè)計厚度處于相應(yīng)材料厚度范圍臨界值時，材料許用應(yīng)力會隨板厚變化而變化。另外，也要充分了解市場上各種規(guī)格板材的常用厚度，避免因市場上缺貨而造成不必要的麻煩。如市場上某些厚度規(guī)格的鋼板缺貨，可用厚于此規(guī)格厚度的鋼板代替，決不可以薄于此規(guī)格厚度的鋼板代替。

壓力容器設(shè)計溫度下筒體的計算厚度公式按下式（參照GB150-1998 5.2）:

δ=■

公式適用范圍為pc≤0.4[σ]tφ

壓力容器設(shè)計溫度下筒體的計算應(yīng)力按下式(參照GB150-1998 5.2):

[σ]t=■

其中：pc——計算壓力Mpa；δe——圓筒的有效厚度，mm；δ——圓筒的計算厚度，mm；[σ]t——設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，Mpa；φ——焊接接頭系數(shù)（參照GB150-1998 3.7）。

式中計算壓力是對容器的各受壓元件而言的，僅用于確定容器各受壓元件滿足強度、穩(wěn)定性和剛度要求的厚度。容器各受壓元件的計算壓力是根據(jù)容器的設(shè)計壓力加液柱靜壓力對它單獨以及共同作用下的情況來確定的。（當(dāng)受壓元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可忽略不計）對于介質(zhì)全部為氣體的單腔容器，容器上各受壓元件的計算壓力均為該容器的設(shè)計壓力；介質(zhì)中有液體時，受液柱靜壓力作用的受壓元件的計算壓力為容器的設(shè)計壓力加上液柱靜壓力。對于多腔容器中受多腔壓力作用的受壓元件，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作中可能出現(xiàn)的情況確定其計算壓力，如：確定換熱器管板的計算壓力時，要考慮殼程壓力單獨作用、管程壓力單獨作用以及它們共同作用時的情況；確定帶夾套的容器中內(nèi)筒被夾套包圍部分的受壓元件的計算壓力時，要考慮內(nèi)筒內(nèi)壓力單獨作用、夾套壓力單獨作用和它們共同作用時的情況，同時還要考慮其在夾套試驗壓力下的穩(wěn)定性。對于有多種情況的容器，應(yīng)按最苛刻的情況設(shè)計。

式中有效厚度是指名義厚度減去腐蝕裕量和剛才厚度負偏差；名義厚度是指設(shè)計厚度（計算厚度與腐蝕裕量之和）加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，也是標(biāo)注在圖樣上的厚度。

我們最終確定的是名義厚度，進一步說就是確定所用壓力容器板材腐蝕裕量與鋼材厚度負偏差。

腐蝕裕量可以查腐蝕數(shù)據(jù)手冊，根據(jù)腐蝕速率和設(shè)計使用年限來確定。

板材的厚度負偏差在相應(yīng)的板材標(biāo)準(zhǔn)中都可以查到。這樣相加后向上圓整就可以得到名義厚度。

參考文獻：

[1]GB150-1998.鋼制壓力容器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布.

[2]最新壓力容器設(shè)計手冊.寧夏大地音響出版社.2006年.

[3]陳輝，毛峻.設(shè)計壓力容器時其厚度的確定.新疆有色金屬.2009年.