浅谈压力容器设计选材

郑 丹

1 石化行业发展与现状

最近的中美贸易大战，让中国的制造业站到了风口浪尖。美国对中兴的制裁更是让中国看到了科技实力对于一个制造大国的重要性。

中国人民幡然醒悟——最核心的技术还是要掌握在自己手中，有些东西是花钱也买不来的[1]。此时此刻中国制造业面临着严峻现状，这种“罪”不止存在于制造业，内忧外患下，作为石化行业的压力容器设计人员，也是时候该看清楚自己的处境和面临的各种挑战。

全球化的经济发展以及国际化的中国制造是现在这个时代的标志，石化行业设备的国际化趋势在这个行业也慢慢显现。据了解，我国的大型工程公司承揽境外石化的项目，其中制造这一重要环节由境内设备制造商完成；境外跨国公司在全球范围内的工程项目，均将我国作为重要的设备采购地，也就是说，有相当部分的设备由我国企业建造[2]。这意味着我国制造企业需要按照国外标准生产承压设备产品，因而必须采用国外标准认可的材料，通常也就是国外牌号材料，从事此类石化设备建造[3]。由于石化行业在压力容器设计这方面存在许多不足，安全法规和技术标准发展不平衡，各项标准体系仍在逐步完善，使得在设计中经常会按ASME规范进行设计，因此此类设计种制造用材也必须是ASME规范所认可的材料。众所周知，境外采购成本高，供货周期长，采用国外材料经常是不得已而为之。因此，作为一名压力容器设计人员，有义务尽自己的职责来用最优化的设计并选用最优化的材料，来解决设计中所面临的种种问题。

2 压力容器设计中选材的重要性

设计压力容器，除了考虑载荷、时间和环境等条件，更重要的是其所用的结构和选材。选材是压力容器设计的关键，往往一种材料的性能就会决定整个设备及整个装置的安全性，是出色完成项目设计的重点。近几年新闻上频频出现各起化工事故，其中不乏是由于设计选材所引起的，这不仅对与设计人员相关的人员、公司等等造成严重损失，对整个化工行业的发展更是带来不可估量的影响[4]。因此压力容器设计人员肩负的责任重大，不仅要了解各种材料的性能，还要熟悉能够影响材料的一些重要因素，比如设备使用时间、使用环境和制造厂的一些重要工艺流程等等，并需要与各个上下游专业密切沟通才能保证所设计的设备在安全期限达到最大合理化的运用[5]。现阶段所接触的项目中的选材大多数依赖于经验，但在这个越来越多元化的时代，客户所需要的设备功能也越来越复杂，这不仅仅给选材带来了更多难度，也给整个设计增加了更多成本。而且实际中往往设计人员所选的材料也并非业主所了解或易于购买，很多时候当所有设计图纸已经完成但最后不得已又要重新设计的例子也时有发生，此时更会影响整个设计过程的进展。一台压力容器从设计、选材再到制造、检验，每一环节缺一不可，但选材这一最重要的环节却缺乏深入研讨，这一重点给设计任务带了重重考验。

3 压力容器设计中选材原则

作为在小型设计院工作及大型设计院学习过的入门级压力容器设计人，笔者经过实践与经验的磨炼，总结了如下几项选材原则。

（1）熟悉项目统一规定

拿到设计任务之后不要急于设计，了解整个项目的统一规定是关键，往往业主对设备的材料会有统一的要求，包括特殊工艺条件下设备的工作特点都会详细叙述。2016年笔者参与设计的硫磺装置就出现过类似问题，因为下游设计缺乏与总负责人沟通，导致设计人员在完成了所有设备的设计后才发现跟统一规定的材料有所出入。虽然设计人员的材料也符合设计任务，但是最终却因为不符合统一规定要求而需要重新选材与计算，重新设计图纸，不仅浪费人力、物力，造成各种损失，也对后面的合作关系产生了一定影响。

（2）了解设备结构

理解设备结构，才能合理选材，设备运行过程中往往出现腐蚀，此时除了考虑壁厚的影响，还必须考虑选材是否合理。2015年笔者参与设计改造了炼油厂减压塔，由于先前设计选材不当，导致部分塔壁严重腐蚀，改造设计将部分塔壁的碳钢换成不锈钢复合板。这种情况就是由于设计人员未充分了解设备的结构所引起的选材不当问题。不仅如此，强度和刚度也会影响选材，设备不同结构的强度和刚度都会不同，制造加工、安装等也都不同，因此合理选材，可以有效避免损失。

（3）扎实基本知识

有句俗语说的很好，在小设计企业工作三年比不上在大型设计院工作半年。除了反思环境对设计人的影响，更重要的是大型设计院对设计人员基础知识的培训。站的高看得远，设计也是如此，实践出真知，设计的多了，知识面丰富了，设计选材的问题自然也不在话下。虽然标准中对材料的性能都做出了详细的描述，但设计人员还是会出很多简单的错误。因此不断地学习、总结，扎实自己的基本知识才能做出一份满意的图纸。

4 结语

纵观石化行业，虽然在很多方面已经迈出了一大步，但是“中国制造”要走向世界、做大做强仍任重而道远。压力容器材料是压力容器设计的灵魂，而作为一名设计人员，也要时刻牢记自己的初心，不忘使命，砥砺前行，不断地充实自己，保证压力容器设计质量，贯彻落实《中国制造2025》，推动石化化工行业由大变强，让石化行业真正走向世界，得到国际的认可。