崔一禮 王玉民(大連藍(lán)雨禾科技有限公司，遼寧 大連 116031)

化工壓力容器整體結(jié)構(gòu)在化工生產(chǎn)過(guò)程中占有重要地位，其運(yùn)行的質(zhì)量和效率會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)整體產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響，所以化工壓力容器的選材和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)一直是化工機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域研究的主要方向，對(duì)化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 化工壓力容器主體材料的選擇

1.1 選用原則

因?yàn)榛ぎa(chǎn)品本身具有易燃、易爆、有毒的特性，所以在化工壓力容器的設(shè)計(jì)活動(dòng)中，主體材料的選擇至關(guān)重要的。通常情況下化工壓力容器的材料選擇應(yīng)該嚴(yán)格遵循《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求，切實(shí)按照化工壓力容器的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行?；と萜鞯脑O(shè)計(jì)壓力、使用期限和工作環(huán)境等都是設(shè)計(jì)主體首先要考慮的選材影響因素。在此之外，還應(yīng)該對(duì)儲(chǔ)存的化工產(chǎn)品特性進(jìn)行分析，如果生產(chǎn)活動(dòng)中化學(xué)產(chǎn)品的硫濃度比較大，壓力容器的材料就不應(yīng)采用低密度合金鋼；化工生產(chǎn)活動(dòng)中化學(xué)產(chǎn)品具有強(qiáng)烈的毒性和腐蝕性情況下壓力容器的內(nèi)表面應(yīng)該進(jìn)行特殊處理[1]。

1.2 補(bǔ)強(qiáng)材料的選擇

在對(duì)化工壓力容器進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)材料的選擇會(huì)直接影響補(bǔ)強(qiáng)的效果。通常情況下為了保證補(bǔ)強(qiáng)工作的順利進(jìn)行，會(huì)盡量選擇強(qiáng)度較低的材料。在厚壁接管作業(yè)中既可以選擇鍛造加工的管材，也可以選擇無(wú)縫鋼管作為補(bǔ)強(qiáng)材料，通常來(lái)講當(dāng)化工壓力容器的設(shè)計(jì)壓力比較小，同時(shí)補(bǔ)強(qiáng)容器的壁厚與無(wú)縫光管的壁厚差不多的情況下，可以選擇無(wú)縫鋼管作為補(bǔ)強(qiáng)材料。如果補(bǔ)強(qiáng)容器的設(shè)計(jì)壓力比較大，而且補(bǔ)強(qiáng)容器的壁厚較厚的情況下會(huì)選擇鍛造件作為補(bǔ)強(qiáng)材料。在具體的補(bǔ)強(qiáng)工作中選用什么樣的補(bǔ)強(qiáng)材料由實(shí)際情況來(lái)決定。

2 化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

2.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)分析

化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作是化工壓力容器設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)技術(shù)，在具體的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):首先，應(yīng)該精確進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，確保接管與原容器能夠充分結(jié)合；其次，設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)內(nèi)容是控制接口位置的腐蝕；第三，嚴(yán)格控制接口處的焊接面積，最大限度的減少偏差；第四，對(duì)各種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分別處理。當(dāng)前化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的主要形式有整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)、整體加厚殼體補(bǔ)強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)等三種措施[2]。

2.2 化工壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的科學(xué)設(shè)計(jì)

在化工壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中最主要的補(bǔ)強(qiáng)部件就是補(bǔ)強(qiáng)圈，補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)直接影響到化工壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的整體效果，通常情況下補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度主要有三種選擇，分別是補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度小于殼體厚度、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度等于殼體厚度、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度大于容器殼體厚度，其中補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與容器殼體厚度相等是最為理想的狀態(tài)，因?yàn)橄嗤暮穸茸屓萜鞯难a(bǔ)強(qiáng)工作備料更容易，通常情況下補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，只要依靠三種方式，一種是增加整個(gè)容器殼體的厚度，一種是增加補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度，一種是加大開(kāi)孔處的局部殼體厚度[3]。

3 化工壓力容器材料選擇的注意要點(diǎn)

3.1 壓力容器設(shè)計(jì)材料選擇的變化及其影響因素

在傳統(tǒng)化工壓力容器的設(shè)計(jì)活動(dòng)中，材料選擇工作主要遵循“以?xún)?yōu)代劣”、“以厚代薄”的選擇理念，也就是說(shuō)高強(qiáng)度的材料要比低強(qiáng)度的材料優(yōu)秀、厚壁設(shè)計(jì)要比薄壁設(shè)計(jì)優(yōu)秀，但是在現(xiàn)代化工壓力容器材料選擇活動(dòng)中這一設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不再使用，高強(qiáng)度的材料雖然能夠在一定范圍內(nèi)改變化工壓力容器的力學(xué)性能，但是卻往往不具備化工壓力容器要求的韌性與塑性。隨著現(xiàn)代化工生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，化工壓力容器的設(shè)計(jì)壓力指標(biāo)不斷提升，單純依靠增加容器壁的厚度已經(jīng)不能有效的解決化工壓力容器的殼體受力問(wèn)題。

3.2 壓力容器運(yùn)行溫度對(duì)材料選擇的影響

在化工壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了要考慮化工壓力容器本身的壓力和化學(xué)產(chǎn)品腐蝕問(wèn)題，還應(yīng)該考慮生產(chǎn)過(guò)程中的其他因素變化會(huì)對(duì)容器材料產(chǎn)生的影響，以碳錳鋼和碳素鋼為代表的碳化鋼本身包含有大量的碳元素，在高溫環(huán)境下其內(nèi)部的碳化物會(huì)出現(xiàn)明顯的石墨化傾向，石墨化會(huì)破壞碳鋼材料中的滲碳體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致碳化鋼本身的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)遭到破壞，鋼材整體韌性和塑性下降，這種鋼材料性能的下降如果沒(méi)有得到有效控制最終會(huì)導(dǎo)致容器鋼結(jié)構(gòu)承受不住來(lái)自?xún)?nèi)部的壓力而破損甚至爆炸，危害極大，所以在化工壓力容器設(shè)計(jì)活動(dòng)中，一定要考慮到化工生產(chǎn)的特殊環(huán)境可能會(huì)對(duì)化工壓力容器的影響[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

化工壓力容器作為化工企業(yè)生產(chǎn)和儲(chǔ)存化工產(chǎn)品的主要設(shè)備，其自身的安全性會(huì)產(chǎn)生對(duì)化工生產(chǎn)活動(dòng)整體的深遠(yuǎn)影響，所以對(duì)化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義，本文從化工壓力容器主體材料的選擇、化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)、化工壓力容器材料選擇的注意要點(diǎn)三個(gè)方面對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，認(rèn)為化工壓力容器的選材應(yīng)該嚴(yán)格依照其工作環(huán)境實(shí)際來(lái)進(jìn)行，化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮實(shí)際安全、施工工藝和成本。

[1]王洪海.球殼超標(biāo)開(kāi)孔平齊接管應(yīng)力分析與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)研究[D].河北工業(yè)大學(xué),2002.

[2]任宏雷.具有大開(kāi)孔壓力容器結(jié)構(gòu)有限元分析及設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].河南科技大學(xué),2013.

[3]李君民,王立志.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析[J].門(mén)窗,2014,11:371.

[4]薛明德,黃克智,李世玉,朱國(guó)棟,向志海,徐鋒.GB 150—2011中圓筒開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的分析法[J].化工設(shè)備與管道,2012,03:1-11.