化工压力容器选材与补强设计分析

崔一礼 王玉民(大连蓝雨禾科技有限公司，辽宁 大连 116031)

化工压力容器整体结构在化工生产过程中占有重要地位，其运行的质量和效率会对化工生产整体产生广泛而深远的影响，所以化工压力容器的选材和补强设计一直是化工机械设备生产领域研究的主要方向，对化工压力容器选材与补强设计的研究具有鲜明的现实意义。

1 化工压力容器主体材料的选择

1.1 选用原则

因为化工产品本身具有易燃、易爆、有毒的特性，所以在化工压力容器的设计活动中，主体材料的选择至关重要的。通常情况下化工压力容器的材料选择应该严格遵循《压力容器安全技术监察规程》的标准要求，切实按照化工压力容器的实际情况来进行。化工容器的设计压力、使用期限和工作环境等都是设计主体首先要考虑的选材影响因素。在此之外，还应该对储存的化工产品特性进行分析，如果生产活动中化学产品的硫浓度比较大，压力容器的材料就不应采用低密度合金钢；化工生产活动中化学产品具有强烈的毒性和腐蚀性情况下压力容器的内表面应该进行特殊处理[1]。

1.2 补强材料的选择

在对化工压力容器进行补强作业时，补强材料的选择会直接影响补强的效果。通常情况下为了保证补强工作的顺利进行，会尽量选择强度较低的材料。在厚壁接管作业中既可以选择锻造加工的管材，也可以选择无缝钢管作为补强材料，通常来讲当化工压力容器的设计压力比较小，同时补强容器的壁厚与无缝光管的壁厚差不多的情况下，可以选择无缝钢管作为补强材料。如果补强容器的设计压力比较大，而且补强容器的壁厚较厚的情况下会选择锻造件作为补强材料。在具体的补强工作中选用什么样的补强材料由实际情况来决定。

2 化工压力容器补强设计

2.1 补强设计分析

化工压力容器的补强设计工作是化工压力容器设计中的重点技术，在具体的补强设计中应该注意以下几点:首先，应该精确进行接管补强结构的尺寸设计，确保接管与原容器能够充分结合；其次，设计工作的重点内容是控制接口位置的腐蚀；第三，严格控制接口处的焊接面积，最大限度的减少偏差；第四，对各种补强结构的设计进行分别处理。当前化工压力容器补强设计的主要形式有整体锻件补强、整体加厚壳体补强和补强圈补强等三种措施[2]。

2.2 化工压力容器开孔补强的科学设计

在化工压力容器开孔补强设计中最主要的补强部件就是补强圈，补强圈的设计质量会直接影响到化工压力容器开孔补强的整体效果，通常情况下补强圈的厚度主要有三种选择，分别是补强圈的厚度小于壳体厚度、补强圈厚度等于壳体厚度、补强圈厚度大于容器壳体厚度，其中补强圈厚度与容器壳体厚度相等是最为理想的状态，因为相同的厚度让容器的补强工作备料更容易，通常情况下补强圈设计质量的提升，只要依靠三种方式，一种是增加整个容器壳体的厚度，一种是增加补强圈的厚度，一种是加大开孔处的局部壳体厚度[3]。

3 化工压力容器材料选择的注意要点

3.1 压力容器设计材料选择的变化及其影响因素

在传统化工压力容器的设计活动中，材料选择工作主要遵循“以优代劣”、“以厚代薄”的选择理念，也就是说高强度的材料要比低强度的材料优秀、厚壁设计要比薄壁设计优秀，但是在现代化工压力容器材料选择活动中这一设计理念已经不再使用，高强度的材料虽然能够在一定范围内改变化工压力容器的力学性能，但是却往往不具备化工压力容器要求的韧性与塑性。随着现代化工生产技术的发展，化工压力容器的设计压力指标不断提升，单纯依靠增加容器壁的厚度已经不能有效的解决化工压力容器的壳体受力问题。

3.2 压力容器运行温度对材料选择的影响

在化工压力容器设计过程中，除了要考虑化工压力容器本身的压力和化学产品腐蚀问题，还应该考虑生产过程中的其他因素变化会对容器材料产生的影响，以碳锰钢和碳素钢为代表的碳化钢本身包含有大量的碳元素，在高温环境下其内部的碳化物会出现明显的石墨化倾向，石墨化会破坏碳钢材料中的渗碳体结构，导致碳化钢本身的高强度结构遭到破坏，钢材整体韧性和塑性下降，这种钢材料性能的下降如果没有得到有效控制最终会导致容器钢结构承受不住来自内部的压力而破损甚至爆炸，危害极大，所以在化工压力容器设计活动中，一定要考虑到化工生产的特殊环境可能会对化工压力容器的影响[4]。

4 结语

化工压力容器作为化工企业生产和储存化工产品的主要设备，其自身的安全性会产生对化工生产活动整体的深远影响，所以对化工压力容器选材与补强设计的研究具有鲜明的现实意义，本文从化工压力容器主体材料的选择、化工压力容器补强设计、化工压力容器材料选择的注意要点三个方面对这一问题进行简要分析，认为化工压力容器的选材应该严格依照其工作环境实际来进行，化工压力容器的补强设计应该综合考虑实际安全、施工工艺和成本。

[1]王洪海.球壳超标开孔平齐接管应力分析与补强设计研究[D].河北工业大学,2002.

[2]任宏雷.具有大开孔压力容器结构有限元分析及设计系统开发[D].河南科技大学,2013.

[3]李君民,王立志.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].门窗,2014,11:371.

[4]薛明德,黄克智,李世玉,朱国栋,向志海,徐锋.GB 150—2011中圆筒开孔补强设计的分析法[J].化工设备与管道,2012,03:1-11.