化工壓力容器選材與補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)范文

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摘要：壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)選材及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的重視，提高材料質(zhì)量，確保補(bǔ)強(qiáng)效果，以從源頭上減少安全隱患的出現(xiàn)，確保化工壓力容器的安全、穩(wěn)定使用。本研究主要對(duì)化工壓力容器的選材與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：化工壓力容器；選材；補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，化工壓力容器的設(shè)計(jì)單位、生產(chǎn)企業(yè)對(duì)壓力容器生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求理解有所差異，導(dǎo)致壓力容器試運(yùn)行中出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。為確保化工壓力容器的正常使用，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(xué)開(kāi)展補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

1化工壓力容器的合理選材

化工壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了確?；毫θ萜鞯恼Ｊ褂?，應(yīng)遵循國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，綜合考慮壓力容器的設(shè)計(jì)壓力、使用年限及使用環(huán)境等因素，進(jìn)行合理選材，與此同時(shí)，也應(yīng)充分考慮到壓力容器所儲(chǔ)存的介質(zhì)對(duì)主體材料所常來(lái)的影響。通常情況下，對(duì)于在硫濃度環(huán)境中使用的壓力容器，多選擇20R碳素鋼或者是20碳素鋼，嚴(yán)禁使用低合金鋼；對(duì)于在高溫氫腐蝕環(huán)境中使用的壓力容器，多選擇Ti、M0等合金鋼[1]；高溫環(huán)境下，碳錳鋼、碳素鋼材料會(huì)變脆，鋼中滲碳體容易發(fā)生分解，導(dǎo)致材料可塑性、強(qiáng)度下降，因此，如果壓力容器內(nèi)部溫度過(guò)高，則不適宜使用碳錳鋼、碳素鋼，以避免鋼中碳化物的石墨化反應(yīng)。化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，也要合理選擇補(bǔ)強(qiáng)材料，避免因材料強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低而導(dǎo)致的補(bǔ)強(qiáng)面積增大的問(wèn)題。同時(shí)，如果接管補(bǔ)強(qiáng)面積過(guò)小，則會(huì)降低補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，也會(huì)給焊接質(zhì)量帶來(lái)一定的不利影響。面對(duì)這樣的問(wèn)題，制作厚壁接管的時(shí)候，可以選擇無(wú)縫鋼管材料。若是化工壓力容器的設(shè)計(jì)壓力較高，相對(duì)應(yīng)的其所需要的壁厚也較大，為滿足化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)要求，應(yīng)采用鍛件來(lái)制造接管；若是化工壓力容器的設(shè)計(jì)壓力較低，為降低接管壁厚，可選擇無(wú)縫鋼管，但必須要確保其可以滿足化工壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)要求。選擇補(bǔ)強(qiáng)圈材料的時(shí)候，應(yīng)選擇與筒體材料相同的材料，以便于減少制作成本[2]。此外，還應(yīng)根據(jù)化工壓力容器的介質(zhì)特性、使用環(huán)境等因素，來(lái)合理選擇厚壁接管材料，一般來(lái)說(shuō)，厚壁接管材料的類型及其強(qiáng)度，應(yīng)與殼體材料相同。需要注意的是，若是材料的強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高，其補(bǔ)強(qiáng)效果及穩(wěn)定性也相對(duì)較高，但相應(yīng)的材料的成本也會(huì)有所增加，焊接難度增大，從而會(huì)在一定程度上影響化工壓力容器的整體效益。

2化工壓力容器的科學(xué)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

2.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)

化工壓力容器補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，多采取后壁接管、整體鍛件、補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)等技術(shù)。首先，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，后壁接管補(bǔ)強(qiáng)有著諸多優(yōu)勢(shì)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、焊縫相對(duì)較少，可以有效確保焊接質(zhì)量，因此可得到理想的補(bǔ)強(qiáng)效果。其次，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)指的是，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)、接管及部分殼體進(jìn)行有效整合，將其變成一個(gè)完整鍛件，并采取焊接技術(shù)，將接管、殼體連接起來(lái)，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)可以降低應(yīng)力的集中程度，因此在經(jīng)過(guò)補(bǔ)強(qiáng)后，材料的抗疲勞性可大幅度增加。但就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)的劣勢(shì)也十分明顯，包括造價(jià)高、使用頻率小等，除非壓力容器補(bǔ)強(qiáng)要求相對(duì)較高，否則一般情況下不會(huì)應(yīng)用整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)。最后，補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，主要用于操作溫度相對(duì)較低的化工壓力容器之中。主要是在無(wú)限大的平板上開(kāi)小孔。通過(guò)在焊壁上焊接強(qiáng)板材料，可以增強(qiáng)開(kāi)孔邊緣部位金屬材料的強(qiáng)度。開(kāi)孔過(guò)程中所去除的金屬材料的數(shù)量，決定著可補(bǔ)回的金屬材料的數(shù)量。因此，為提高小直徑開(kāi)孔的效果，應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。但在壓力容器中應(yīng)用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的時(shí)候，還面臨著諸多問(wèn)題，例如，外殼體、補(bǔ)強(qiáng)圈有可能會(huì)發(fā)生分離，難以形成一個(gè)完整的整體，補(bǔ)強(qiáng)完成后，其抗疲勞性能會(huì)有所降低，等。

2.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

對(duì)化工壓力容器進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須做好補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員通常情況下主要根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)，所出現(xiàn)的情況包括：第一，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度低于殼體厚度；第二，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度、殼體厚度相同；第三，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度高于殼體厚度[3]。若是補(bǔ)強(qiáng)圈厚度、殼體厚度相同，不僅便于備料及材料的應(yīng)用，還可以減少材料的浪費(fèi)。但需要注意的是，也要綜合考慮壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)構(gòu)特征，合理確定補(bǔ)強(qiáng)圈厚度，確保其合理性。壓力容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)后，所出現(xiàn)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)力問(wèn)題也不容忽視，主要包括彎曲應(yīng)力、薄膜應(yīng)力以及峰值應(yīng)力三種開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)力。彎曲應(yīng)力為一次應(yīng)力，通過(guò)協(xié)調(diào)接管、殼體間的連接性能，便可避免其對(duì)壓力容器所造成的影響；均勻薄膜應(yīng)力會(huì)直接給壓力容器造成影響，開(kāi)孔之后，開(kāi)孔邊緣區(qū)域通常會(huì)受到應(yīng)力的集中影響，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近，受影響程度也有所不同。壓力容器開(kāi)孔后，其與接管連接部位產(chǎn)生的應(yīng)力范圍分布較小，導(dǎo)致峰值應(yīng)力的發(fā)生幾率增加。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，化工壓力容器質(zhì)量及性能的優(yōu)劣，在很大程度上影響著化工生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性?；诖耍仨毢侠磉x材、科學(xué)開(kāi)展補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以此來(lái)提升化學(xué)壓力容器的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊學(xué)明,許斌.壓力容器在化工生產(chǎn)中的腐蝕與防護(hù)研究[J].化工管理,2017，(33):222.

[2]彭芳,焦健.有限元分析法在化工壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2017,43(10):17-18.

[3]李海英.關(guān)于化工壓力容器選材標(biāo)準(zhǔn)探析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2017,37(20):7-8.

作者：田豐 單位：中油遼河工程有限公司