崔一禮 王玉民(大連藍雨禾科技有限公司，遼寧 大連 116031)

化工壓力容器整體結(jié)構(gòu)在化工生產(chǎn)過程中占有重要地位，其運行的質(zhì)量和效率會對化工生產(chǎn)整體產(chǎn)生廣泛而深遠的影響，所以化工壓力容器的選材和補強設(shè)計一直是化工機械設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域研究的主要方向，對化工壓力容器選材與補強設(shè)計的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義。

1 化工壓力容器主體材料的選擇

1.1 選用原則

因為化工產(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)計活動中，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)該嚴格遵循《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的標準要求，切實按照化工壓力容器的實際情況來進行。化工容器的設(shè)計壓力、使用期限和工作環(huán)境等都是設(shè)計主體首先要考慮的選材影響因素。在此之外，還應(yīng)該對儲存的化工產(chǎn)品特性進行分析，如果生產(chǎn)活動中化學產(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)活動中化學產(chǎn)品具有強烈的毒性和腐蝕性情況下壓力容器的內(nèi)表面應(yīng)該進行特殊處理[1]。

1.2 補強材料的選擇

在對化工壓力容器進行補強作業(yè)時，補強材料的選擇會直接影響補強的效果。通常情況下為了保證補強工作的順利進行，會盡量選擇強度較低的材料。在厚壁接管作業(yè)中既可以選擇鍛造加工的管材，也可以選擇無縫鋼管作為補強材料，通常來講當化工壓力容器的設(shè)計壓力比較小，同時補強容器的壁厚與無縫光管的壁厚差不多的情況下，可以選擇無縫鋼管作為補強材料。如果補強容器的設(shè)計壓力比較大，而且補強容器的壁厚較厚的情況下會選擇鍛造件作為補強材料。在具體的補強工作中選用什么樣的補強材料由實際情況來決定。

2 化工壓力容器補強設(shè)計

2.1 補強設(shè)計分析

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

2.2 化工壓力容器開孔補強的科學設(shè)計

在化工壓力容器開孔補強設(shè)計中最主要的補強部件就是補強圈，補強圈的設(shè)計質(zhì)量會直接影響到化工壓力容器開孔補強的整體效果，通常情況下補強圈的厚度主要有三種選擇，分別是補強圈的厚度小于殼體厚度、補強圈厚度等于殼體厚度、補強圈厚度大于容器殼體厚度，其中補強圈厚度與容器殼體厚度相等是最為理想的狀態(tài)，因為相同的厚度讓容器的補強工作備料更容易，通常情況下補強圈設(shè)計質(zhì)量的提升，只要依靠三種方式，一種是增加整個容器殼體的厚度，一種是增加補強圈的厚度，一種是加大開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

3.1 壓力容器設(shè)計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)計活動中，材料選擇工作主要遵循“以優(yōu)代劣”、“以厚代薄”的選擇理念，也就是說高強度的材料要比低強度的材料優(yōu)秀、厚壁設(shè)計要比薄壁設(shè)計優(yōu)秀，但是在現(xiàn)代化工壓力容器材料選擇活動中這一設(shè)計理念已經(jīng)不再使用，高強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)計壓力指標不斷提升，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題。

3.2 壓力容器運行溫度對材料選擇的影響

在化工壓力容器設(shè)計過程中，除了要考慮化工壓力容器本身的壓力和化學產(chǎn)品腐蝕問題，還應(yīng)該考慮生產(chǎn)過程中的其他因素變化會對容器材料產(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)部的碳化物會出現(xiàn)明顯的石墨化傾向，石墨化會破壞碳鋼材料中的滲碳體結(jié)構(gòu)，導致碳化鋼本身的高強度結(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有得到有效控制最終會導致容器鋼結(jié)構(gòu)承受不住來自內(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)計活動中，一定要考慮到化工生產(chǎn)的特殊環(huán)境可能會對化工壓力容器的影響[4]。

4 結(jié)語

化工壓力容器作為化工企業(yè)生產(chǎn)和儲存化工產(chǎn)品的主要設(shè)備，其自身的安全性會產(chǎn)生對化工生產(chǎn)活動整體的深遠影響，所以對化工壓力容器選材與補強設(shè)計的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義，本文從化工壓力容器主體材料的選擇、化工壓力容器補強設(shè)計、化工壓力容器材料選擇的注意要點三個方面對這一問題進行簡要分析，認為化工壓力容器的選材應(yīng)該嚴格依照其工作環(huán)境實際來進行，化工壓力容器的補強設(shè)計應(yīng)該綜合考慮實際安全、施工工藝和成本。

[1]王洪海.球殼超標開孔平齊接管應(yīng)力分析與補強設(shè)計研究[D].河北工業(yè)大學,2002.

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

[3]李君民,王立志.開孔補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用探析[J].門窗,2014,11:371.

[4]薛明德,黃克智,李世玉,朱國棟,向志海,徐鋒.GB 150—2011中圓筒開孔補強設(shè)計的分析法[J].化工設(shè)備與管道,2012,03:1-11.