劉國忠 劉書培

摘要：在對化工壓力容器進行設計時，需要注重材料的選擇以及補強設計工作，只有保證材料的質量，做好補強設計，化工壓力容器才可以得到正常使用，問題出現(xiàn)幾率才會降低。因此在制造化工壓力容器過程中，需要科學選材，并進一步提高補強設計水平，以保證化工壓力容器的質量，確保化工行業(yè)的健康、有序發(fā)展。

關鍵詞：化工設備;壓力容器;材料;補強設計

引言

調查發(fā)現(xiàn)，化工壓力容器的設計單位、生產(chǎn)企業(yè)對壓力容器生產(chǎn)標準的要求理解有所差異，導致壓力容器試運行中出現(xiàn)了諸多問題。為確?；毫θ萜鞯恼Ｊ褂?，必須采取有效的措施，提升化工壓力容器的綜合性能，這就需要合理選材、科學開展補強設計。

1化工壓力容器的選材

1.1選材原則

化工壓力容器選材時，需要考慮壓力容器的具體使用條件，要考慮可供選擇材料的耐腐蝕性、力學性能、抗壓性、冷熱性能、可焊性、材料來源及價格等因素，而且在同一個工程設計中，壓力容器要選擇統(tǒng)一的材料。在實際選材時還要遵循經(jīng)濟適用原則。在具體化工壓力容器材料選用時，要求根據(jù)國家標準規(guī)定要求進行，綜合考慮容器工作壓力、溫度、介質特性及使用環(huán)境等因素，并與材料自身特性相結合，通過具體的分析，選擇具有較強防腐效果的材料，確?；毫θ萜魇褂玫陌踩?。

1.2主體材料選用

大部分化工原料對人體和環(huán)境帶來非常大的威脅。在化工壓力容器進行設計過程中，需要嚴格對材料進行篩選，確?；ぎa(chǎn)品可以在安全與穩(wěn)定的環(huán)境條件之下進行生產(chǎn)。針對強度比較大的壓力容器，可以根據(jù)壓力、溫度、介質等使用限制，非受壓元件依次選用Q235A、Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等鋼板。受壓元件依次選用Q235B、Q235C、Q245R、Q345R等鋼板。所需不銹鋼鋼板厚度大于12mm時，宜采用襯里、復合、堆焊等結構形式，且不銹鋼應盡量不用于設計溫度小于或等于500℃的耐熱鋼。針對以強度為基礎的設備，需要結合實際的設計溫度、壓力、介質特性等情況，并以強度安全要求為核心考量，對材料進行針對性的選擇，化工壓力容器材料選擇宜參照化工行業(yè)標準HG/T20581—2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》的相關要求執(zhí)行。

1.3補強材料的選擇

化工壓力容器補強主要以三種方式進行，具體包括補強圈補強、整體殼體加厚補強及厚壁接管補強。在利用補強圈補強設計時，補強材料需要與殼體材料保持一致，當補強材料許用應力小于殼體材料許用應力時，則要求適當增加補強面積。對于補強材料許用應力高于殼體材料許用應力時，則所需補強面積也不得減少。目前在化工壓力容器設計時，基于經(jīng)濟性考慮，整體殼體加厚補強方式在實際壓力容器補強設計時應用較少，但對于不符合補強圈補強使用情況的，建議采用厚壁接管補強方式，但在具體應用這種補強方式時，需要將接管厚度與殼體開孔處的厚度比控制在0.5～2。當接管材料與殼體材料不一致的情況下，宜引入強度削弱系數(shù)（設計溫度下接管材料與殼體材料應力的比值）。具體選擇補強材料時，還需要參考化工壓力容器的溫度、壓力、主體材料特性等因素，選擇適宜的材料。[1]

2化工壓力容器的補強設計要點

2.1開孔補強設計要點

在對壓力容器進行補強結構設計時，需要尤其注重局部補強結構的設計，即為強圈搭焊、整體鍛件以及后壁接管結構的補強。其中后壁接管補強技術具有很多優(yōu)勢，比如說可保證焊接質量、結構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，即對接管、補強結構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量直接關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，應考慮補強圈補強技術。但是補強圈補強技術仍有一些問題，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。在進行開孔補強設計時，需要做好補強圈的設計工作。一般來說，設計人員需要根據(jù)補強圈的標準要求開展設計工作，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。第二種設計方法占有很大的優(yōu)勢，這是由于這種設計方法不僅可以更為全面的應用材料以及備料，材料的浪費情況會大大減弱。需要意識到，還需要根據(jù)壓力容器具有的結構特點以及設計規(guī)定來確定補強圈的厚度。

2.2補強設計技術

化工壓力容器補強設計中，多采取厚壁接管、整體鍛件、補強圈補強等技術。首先，實踐發(fā)現(xiàn)，厚壁接管補強有著諸多優(yōu)勢，其結構相對簡單、焊縫相對較少，可以有效確保焊接質量，因此可得到理想的補強效果。其次，整體鍛件補強指的是，對補強結構、接管及部分殼體進行有效整合，將其變成一個完整鍛件，并采取焊接技術，將接管、殼體連接起來，整體鍛件補強可以降低應力的集中程度，因此在經(jīng)過補強后，材料的抗疲勞性可大幅度增加。但就現(xiàn)階段來說，整體鍛件補強的劣勢也十分明顯，包括造價高、使用頻率小等，除非壓力容器補強要求相對較高，否則一般情況下不會應用整體鍛件補強。最后，補強圈補強，主要用于操作溫度相對較低的化工壓力容器之中。主要是在無限大的平板上開小孔。通過在焊壁上焊接強板材料，可以增強開孔邊緣部位金屬材料的強度。開孔過程中所去除的金屬材料的數(shù)量，決定著可補回的金屬材料的數(shù)量。因此，為提高小直徑開孔的效果，應采取補強圈補強。但在壓力容器中應用補強圈補強技術的時候，還面臨著諸多問題，例如，外殼體、補強圈有可能會發(fā)生分離，難以形成一個完整的整體，補強完成后，其抗疲勞性能會有所降低，等。[2]

2.3補強圈補強設計

在壓力容器設計中應用補強圈補強設計時，需要將一塊補強板焊接在壓力容器壁上，進一步增加開孔處的承載面積，增加承受應力的金屬面積，能夠將開口邊沿的應力峰值降低。在具體設計過程中，補強圈的位置與容器應力值的變化具有直接關系，而且也會對應力值帶來直接的影響。針對于補強圈設計與應力值變化之間的關系進行具體的實驗表明，在壓力容器不同位置處增設相同截面積的金屬材料補強圈時，會對應力系數(shù)變化帶來較大的影響。而當補強材料均勻分布在容器內外兩側時，由于補強材料在容器內外兩側具有較好的對稱性，不會有附加彎矩和彎曲應力產(chǎn)生。因此，通過補強圈的設計提高了壓力容器開孔位置的抗疲勞性能。

結束語

在化工壓力容器進行設計時，選材及開孔補強設計是非常重要的內容，其合理的選材和開孔補強設計可以有效保證壓力容器的結構安全性和降低投資成本。因此，化工壓力容器設計需要在充分討論和分析實際操作條件的前提下，進行合理選材和開孔補強設計方案，為化工壓力容器的安全、穩(wěn)定性能提供技術保證。

參考文獻

[1]蘇艷英.化工壓力容器的設計和選材技術闡述[J].化工管理，2020，（05）：17.

[2]周一飛.開孔補強設計在壓力容器設計中的應用研究[J].廣州化工，2019，43（14）：181-182.