基于化工压力容器选材与补强设计分析

宋 宁

（西南化工研究设计院有限公司，成都 610225）

基于化工压力容器选材与补强设计分析

宋 宁

（西南化工研究设计院有限公司，成都 610225）

随着我国现代化学工业快速发展，对一些化学生产技术水平提出更高的要求。基于此，本文研究化工压力容器中的材料选择和补强设计。

化工压力容器 选材 补强设计

引言

随着社会不断的发展，化工压力容器在化工生产中扮演着越来越重要的角色，容器的选材和补强的设计关系到容器的安全运行。在化工压力容器的材料选择和补强分析工作中，熟练运用相关国家和行业标准，并辅以实际经验，才能保证所选材料具有较高的准确性，并可在化工压力容器中使用。化工压力容器的设计单位和制造单位在化工压力容器的标准与规范的运用中还存在着一定的不足，在运用时稍有不慎就会埋下威胁人们生命健康财产安全的隐患。要解决这一问题，就需要做好化工压力容器材料选择与补强设计工作，从而保证化工压力容器顺利运行，促进我国工业快速发展。

1 化工压力容器主体材料

1.1 选用原则

化工介质本身具有易燃、易爆、有毒等特性，对环境、人体等有着严重潜在隐患。因此，在化工压力容器设计过程中做好材料选择工作，才能保证化工产品的生产使用安全，防止对环境、人体的危害。现阶段，化工压力容器在材料选择过程中按照国家指定要求进行，并根据化工压力容器的实际情况制定对应的设计方案[1]。

化工压力容器的材料选择需与工作压力、使用年限、工作环境等联系起来。结合化工介质本身特点分析，如介质具有较高的硫化氢浓度，就应慎重选择材料以防止硫化氢应力腐蚀；由于有些化工介质还具有一定腐蚀性，在选材时还应结合使用年限确定腐蚀裕量合理的选材，高强度高抗腐蚀性的材料不一定适用所有的压力容器，要结合容器本身的特点在安全性、经济性上做出平衡选择[2]。

1.2 补强材料的选择

化工压力容器的补强分为补强圈补强、整体壳体加厚补强和厚壁接管补强，补强圈补强一般选择与本体相同的材质，若补强圈材料的许用应力与壳体材料的许用应力不同，则补强面积应按壳体材料与补强材料许用应力比而变化。同时还可以选择厚壁接管代替补强圈进行补强，壁厚之比控制在0.5～2为宜。而整体壳体加厚补强较少选用。由此可见，化工压力容器的补强材料应根据化工压力容器压力、温度、介质和本体材质选择[3]。

2 化工压力容器补强设计

2.1 补强设计分析

在化工压力容器补强设计过程中，需事先设置相应的化工压力容器接管图，如图1所示。然后选择合适的开孔补强设计方法，方法包括等面积法和分析法，再选择适当的补强方式。设计方案选定后，才能对补强设计工作有一个准确的把握。现阶段，化工压力容器在补强设计过程中，常常会使用厚壁接管补强、整体壳体加厚补强、补强圈补强三种方式[4]。

图1 化工压力容器接管图

2.2 化工压力容器开孔补强的设计

在化工压力容器补强设计过程中，开孔补强最主要的是截面的选取，通过对补强面积的确定和计算，求得开孔所需补强面积，再选择适当的补强方式。补强方式之一的补强圈的厚度情况主要有以下三种：补强圈厚度比壳体小、补强圈厚度与壳体厚度一致、补强圈厚度大于壳体这三种。其中，补强圈厚度与壳体厚度相一致在化工压力容器补强设计中得到较多应用，而厚壁接管补强在其设计制造中显现出的优势使其得到广泛的应用。

3 化工压力容器材料选择的注意要点

3.1 化工压力容器材料选择的变化及其影响因素

在传统的化工压力容器设计过程中，在选择材料时主要根据材料的品质、尺寸大小选择。一些高强度的材料确实要比一些的低强度的材料更为优秀，但随着社会不断的发展，这种材料选择方式已跟不上社会发展的脚步，并未在化工压力容器中得到广泛应用。虽然高强度的材料和较大的容器壁厚可在一定程度上保证化工压力容器的力学和使用性能，但并非所有的工作环境都适用，以免既浪费又埋下安全隐患，要结合压力容器的工作压力、温度、介质和使用年限等合理选材，有些条件下可选择复合板设计，力求在安全性和经济性上做出较优化的选择[5]。

3.2 化工压力容器运行温度对材料选择的影响

现阶段，在对化工压力容器设计过程中，不仅仅要考虑压力和化学产品影响的问题，同时还要考虑化工压力容器在运行过程中温度对于材料的影响，以保证所设计制造出的化工压力容器产品具有较高的安全性。以碳锰钢和碳素钢为例，在温度较高的环境下，这些材料在化工压力容器运行过程中会产生石墨化现象，其主要原因就是这两种材料中自身含有大量的碳元素。石墨化现象在化工压力容器中会破坏这两种材料的整体性能，其强度与塑性显著降低而引起脆断，使化工压力容器承受不住其中的压力出现损坏现象，严重的会产生爆炸，对人们的生命财产安全造成极大的危害。因此，在对化工压力容器进行温度设计的过程中一定要选择合适的材料，并根据化工压力容器的工作状态和环境制定对应的操作方法，保证在设计的环境中化工压力容器的安全正常运行[6]。

化工压力容器是化工企业化工产品生产的重要设备，做好化工压力容器材料选择与补强设计工作可有效保证化工行业的发展，保障化工产品的质量。因此，在选择材料时要考虑到材料的成分、组织、性能、标准等，同时结合压力容器的工作压力、温度、介质和使用年限，并严格遵守国家指定要求选用，从根本上保证化工压力容器选材与补强设计工作的高效进行。

4 结语

在化工压力容器设计过程中，根据压力、温度、介质选用适当的材料，从而保证化工压力容器安全运行。传统的材料已逐渐无法满足化工压力容器的需求，只有跟上社会发展的脚步，结合设计经验，不断地创新、完善选材过程，才能做好化工压力容器选材和补强设计工作。

[1]邹文杰.压力容器选材的探讨[J].油气田地面工程，2012，31（11）：58-59.

[2]傅伟，黄声义，陈守清，等.Q245R、Q345R焊接接头抗硫化氢应力腐蚀试验研究[J].化工机械，2015，42（5）：635-638.

[3]周一飞.开孔补强设计在压力容器设计中的应用研究[J].广州化工，2015，（14）：181-182.

[4]杨福昌，胡丽萍，李红.壳体径向平齐接管开孔补强之等面积法与应力分析法[J].石油化工设备，2013，42（S1）：22-25.

[5]刁少岚，师曙霞.碳钢石墨化预防及处理[J].河北企业，2012，（1）：88.

Design and Analysis of Material Selection and Reinforcement Based on Chemical Pressure Vessel

SONG Ning
(Southwest Research and Design Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Chengdu 610225)

With the rapid development of China’s modern chemical industry, the level of some chemical production technology to put forward higher requirements. Based on this, this paper studies the material selection and reinforcement design in the chemical pressure vessel.

chemical pressure vessel, material selection, reinforcement design