馬鈺迪 李遠哲（中石油北方工程設(shè)計有限公司，吉林 吉林 132002）

在整個化工操作環(huán)節(jié)，化工壓力容器的質(zhì)量是至關(guān)重要的，為此一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)定來確定其筒體材料。由于化工壓力容器裝置的設(shè)計部門以及制造企業(yè)間對壓力的標準和要求有不一樣的理解，從而導(dǎo)致化工壓力容器在完成后的試運行階段，發(fā)生各種問題，所以為了使化工壓力容器得到更為妥善的維護，一定要選擇最佳的材料進行替換代用，同時做好補強設(shè)計工作。

1 化工壓力容器的選材

在設(shè)計化工壓力容器時，應(yīng)當根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等規(guī)定科學(xué)的選材，同時也需要考慮到主體材料是否會受到介質(zhì)特性的影響，比如說在選擇材料時，需要分析材料的使用年限、設(shè)計壓力以及溫度等。一般硫濃度環(huán)境應(yīng)使用20R、20等這一類型的碳素鋼，避免投入15MnVR等低合金鋼；高溫氫腐蝕環(huán)境需要考慮M0、Ti這一類型的合金鋼；若是壓力容器內(nèi)部環(huán)境過高，那么碳素鋼以及碳錳鋼容易發(fā)生問題，所以鋼中碳化物所發(fā)生的石墨化情況一定要引起重視。這是由于在高溫環(huán)境之下，碳素鋼以及碳錳鋼會發(fā)生變脆問題，鋼中的滲碳體也可能會發(fā)生分解情況，造成材料的強度以及可塑性下降，所以在高溫環(huán)境之下需要謹慎替換碳素鋼以及碳錳鋼。另外在選材時，也應(yīng)當注重介質(zhì)的腐蝕性、毒害性以及易燃易爆程度，基于材料的成本造價，考慮新材料的特性和應(yīng)用價值，以更好的減少制造成本。

在確定補強材料時，若是材料的強度等級相對較低，相應(yīng)的補強面積會出現(xiàn)增大趨勢。若是接管有效補強面積減少，則會造成補強效應(yīng)下降，同時焊接質(zhì)量也會受到不良影響。為此應(yīng)當利用無縫鋼管材料來制作厚壁接管，也可以通過鍛件進行加工制造。如果設(shè)計壓力比較低，為了保證接管壁厚不至于過大，同時也可以滿足補強要求，應(yīng)當使用無縫鋼管；如果設(shè)計壓力比較高，所需要的壁厚也比較大，這種情況下為了達到補強要求，需要通過鍛件進行接管的加工制造。在確定補強圈材料時，應(yīng)確保其和筒體材料相一致，以降低制作成本。厚壁接管的材料需要基于設(shè)備的介質(zhì)特性以及操作條件加以確定，通常厚壁接管的強度以及所使用材料的類別，需要和殼體材料相一致。在使用強度等級相對較高的材料時，盡管補強效果、穩(wěn)定程度會有所提升，然而材料的造價也會增高，相應(yīng)的焊接難度會提升，材料的整體強度可能會受到負面影響。

2 化工壓力容器的補強設(shè)計要點

2.1 開孔補強設(shè)計要點

在對壓力容器進行補強結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要尤其注重局部補強結(jié)構(gòu)的設(shè)計，即為強圈搭焊、整體鍛件以及后壁接管結(jié)構(gòu)的補強。其中后壁接管補強技術(shù)具有很多優(yōu)勢，比如說可保證焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)簡單以及焊縫較少等，所以補強效果是有保障的。整體鍛件補強技術(shù)，即對接管、補強結(jié)構(gòu)以及部分殼體進行加工，使其成為一個完整的鍛件，之后需要通過焊接方式連接起接管以及殼體，該方法能減少應(yīng)力的集中程度，所以材料在通過補強之后，其可具有更高的抗疲勞性。然而整體鍛件補強技術(shù)依然有很多的問題，比如說使用頻率較小，造價較高，常見于要求非常高的化工行業(yè)壓力容器補強作業(yè)中。

另外補強圈補強技術(shù)常見于操作溫度較低的低型壓力容器中，其操作原理是在無限大的平板開小孔。通過把補強板材料焊接于焊壁上，能夠使開孔邊緣部位的金屬強度得到增強。開孔所除去金屬的質(zhì)量直接關(guān)系到可補回的金屬數(shù)量。所以為使得小直徑的開孔方式更為有效，應(yīng)考慮補強圈補強技術(shù)。但是補強圈補強技術(shù)仍有一些問題，像是補強圈及外殼體會相互分離，很難成為一個整體，同時在做好補強工作之后，抗疲勞程度會減少。

在進行開孔補強設(shè)計時，需要做好補強圈的設(shè)計工作。一般來說，設(shè)計人員需要根據(jù)補強圈的標準要求開展設(shè)計工作，具體來說涉及到以下三種情況：首先，補強圈不超過殼體厚度；其次，補強圈和殼體厚度所一致；最后補強圈的厚度超過殼體的。第二種設(shè)計方法占有很大的優(yōu)勢，這是由于這種設(shè)計方法不僅可以更為全面的應(yīng)用材料以及備料，材料的浪費情況會大大減弱。需要意識到，還需要根據(jù)壓力容器具有的結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計規(guī)定來確定補強圈的厚度。

2.2 開孔補強應(yīng)力論述

在對化工壓力容器實施開孔處理之后，會出現(xiàn)三種應(yīng)力，即薄膜應(yīng)力、峰值應(yīng)力以及彎曲應(yīng)力。一般來說，壓力容器會直接受到均勻薄膜應(yīng)力的制約。開孔后，通常開孔邊緣區(qū)域會受到應(yīng)力的集中作用，受影響程度會受到距離遠近的影響，與孔相距較遠部位的應(yīng)力幾乎不會發(fā)生變動，但是總體薄膜應(yīng)力會不超過其應(yīng)力水平。

在對壓力容器進行開孔處理之后，其和接管連接部位所出現(xiàn)的范圍分布相對較小，這造成數(shù)值增高以及峰值應(yīng)力問題的出現(xiàn)幾率較大。彎曲應(yīng)力應(yīng)劃分為一次應(yīng)力，其可以對殼體以及接管之間的連接性能進行協(xié)調(diào)，并會出現(xiàn)相應(yīng)的應(yīng)力，同時在正常運行時，壓力容器的很難遭到破壞。

3 結(jié)語

在化工生產(chǎn)中，化工壓力容器是非常重要的設(shè)備，其安全程度也關(guān)系到化工生產(chǎn)活動，因此對化工壓力容器進行科學(xué)的選擇，同時優(yōu)化補強設(shè)計是非常重要的。在進行選材時，一定要遵守相關(guān)規(guī)定要求，使材料的質(zhì)量符合實際需求，補強設(shè)計工作則需要考慮到施工成本、技術(shù)以及安全性，以維持化工壓力容器的正常運行。

[1]蘇艷英.化工壓力容器的設(shè)計和選材技術(shù)闡述[J].化工管理,2017,(05)：17.

[2]周一飛.開孔補強設(shè)計在壓力容器設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].廣州化工,2015,43(14)：181-182.