重型压力容器轻量化技术研究进展

朱晓霞　张春宇

【摘 要】目前，我国正致力于进行生态文明建设，其中包括对各项资源的节约。重型压力容器轻量化则是资源节约当中的重要举措之一。目前，对我国重型压力容器轻量化设计制造技术进行研究的学者比较众多，且已经取得了一定研究成果。为了更好的分析重型压力容器轻量化设计制造技术对压力容器安全等方面造成的影响，本文主要从以下三个方面对目前的研究成果进行了综述。首先，对应变强化工艺的应用进行了综述；其次，对低合金高强钢的应用进行了综述；最后，对重型压力容器强度安全系数调整方面的成果进行了综述。

【关键词】重型压力容器 轻量化设计 制造技术

现今的科学技术发展速度较快，世界的经济形势亦在不断变化。为了加速经济发展，各个国家均已经开始对资源和能源结构进行调整，以便保证对资源和能源进行有效利用。就压力容器的变化而言，其不仅逐渐变得介质苛刻化，大型化，亦表现出了重型压力容器的轻量化。在轻量化设计与制造当中，诸多学者比较推崇采用更加先进的工艺和材料，对强度安全系数进行调整。无论是制造工艺、材料，或者是强度安全系数的调整均存在诸多难度，需要对目前的研究状态具有清晰的认识。为此，本文从上述三个方面进行了诸多研究成果的综述。

1轻量化设计制造中的应变强化工艺

奥氏体不锈钢是重型压力容器轻量化设计制造中比较新型的材料之一，具有屈强比较低的特点。该材料在强度拉强的状态下，仍旧能够具有2.4倍左右的抗拉强度安全系数。但是，该强度的安全系数并不能够完全发挥出自身的承载能力。为此，需要采用恰当的工艺处理，进一步提高奥氏体不锈钢的屈强，进而提高材料的利用率。

在该方面，我国学者刘农基等（2015）在其研究当中进行了相关阐述。其认为，在提高奥氏体不锈钢的屈强，进而提高材料的利用率方面，首先应该对该材料的稳定性与性能变化规律进行研究，为应变强化工艺奠定坚实的理论基础。在此基础上，需要对该材料的几何非线性与非线性进行考虑，进而建立初步的应变强化工艺分析模型。此外，必须通过大量该材料的爆破压力实验对其应变强度的安全指数进行验证。经过其细致的研究与实验结果显示，经过应变强化工艺处理的奥氏体不锈钢能够具有3.7倍以上的容器强度，且容积、安全度均能够有所保证[1]。

2轻量化设计中应用低合金高强钢

重型压力容器轻量化设计制造当中，在材料的选择上可以选用低合金高强钢。低合金高强钢具有较低的成本，较高的性能，存在巨大优势。在轻量化设计当中应用低合金高强钢，将能够使得重型压力容器轻量化的设计主体壁厚被明显减薄，同时降低钢板的需求量。从该方面而言，应用低合金高强钢便具有极大的社会与经济效益。我国现今已经制定了相应的钢板标准要求，包括GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》、GB150-2011《压力容器》等多个标准。江慧丰等（2015）对常用的低合金高强钢类型进行了总结，认为其主要包括：Q370R钢板，具有良好的韧性、强度和焊接性；13MnNiMoR钢板，能够在常温或者中温的高压容器制造当中有所应用；Q345R钢板，现今在重型压力容器轻量化设计当中的用量最大，能够在控轧、热轧、正火的状态下进行交货；12Cr2MolR钢板，具有高强度、良好的抗氢性能，能够用于重油脱硫临氢装置反应器以及加氢精制裂化反应器的设计与制造中[2]。

虽然多种低合金高强钢能够在重型压力容器轻量化的设计与制造中有所应用，但是仍旧需要面对众多比较苛刻的问题。例如，在应用的过程中需要使用十分高超的焊接工艺，焊接后坚决不能够对其进行冷处理，以避免出现生冷的裂纹。同时，在腐蚀的环境当中比较容易出现应力腐蚀开裂的现象。因此，未来的研究当中必须在降低低合金高强钢应力腐蚀性方面加大研究力度。

3调整重型压力容器强度安全系数

任何一种重型压力容器材料均具有相应的强度安全系数。强度安全系数在设计制造容器时，能够对材料的折减量进行反映。具体的强度安全系数当中包括设计材料的选择、强度计算方法、检测项目、检测工艺、制作经验、管理水平等多方面内容。对材料的强度安全系数进行分析，并进行合理的降低调整，将能够有效实现重型压力容器的轻量化。我国在重型压力容器强度安全系数的研究方面已经制定了诸多相关规定。其中包括《固定式压力容器安全技术监察规程》，其中规定在调整容器强度安全系数时，应该将其从原本的3.0调整至2.7。

但是，在强度安全系数的调整方面仍存在着一定的误区。为此，周雪静等（2015）在其研究中表示，对材料的强度安全系数进行调整并非仅对压力容器的壁厚进行减薄。在调整的过程中必须对材料的选用、制造工艺、容器结构、材料检测、材料管理等多方面内容进行调整与改进[3]。由此方能够保证调整制造后的重型压力容器具有较高的质量水平和安全水准。

4结语

综上所述，重型压力容器轻量化是现今支持我国生态文明建设的重要举措之一。通过重型压力容器轻量化，将能够有效支持绿色设计与制造，并且能够实现节能减排。同时，有利于提高我国的重型压力容器产品国际市场竞争力，在设计制造技术方面与材料选用方面均能够具有一定积极意义。虽然现今我国诸多研究当中已经能够在重型压力容器轻量化的应变强化工艺、低合金高强钢应用、强度安全系数调整等方面取得一定的研究成果。但是，未来仍旧需要在重型压力容器轻量化设计与制造技术方面进行更加深入的钻研。争取在保证重型压力容器质量与安全的条件下，提高所有产品的社会性能与经济性能。

参考文献：

[1]刘农基，聂颍新，陈崇刚 等.广西石化渣油加氢反应器轻量化设计制造[J].压力容器，2015，08（01）：25-35.

[2]江慧丰.我国压力容器用低合金调质高强度钢板的现状与发展趋势[J].热加工工艺，2015，16（04）：16-19.

[3]周雪静，段庆全，赵乐 等.裂纹型缺陷压力容器适用性评价及软件开发[J].石油和化工设备，2015，17（08）：17-20.