化工压力容器的选材及补强设计

2019-11-28张志荣

建材发展导向 2019年23期

张志荣

（大连仁海重工有限公司，辽宁大连 116000）

在整个化工操作环节，化工压力容器的质量是至关重要的，为此一定要根据相关规定来确定其筒体材料。由于化工压力容器装置的设计部门以及制造企业间对压力的标准和要求有不一样的理解，从而导致化工压力容器在完成后的试运行阶段，发生各种问题，所以为了使化工压力容器得到更为妥善的维护，一定要选择最佳的材料进行替换代用。

1 化工压力容器的合理选材

化工压力容器设计过程中，为了确保化工压力容器的正常使用，应遵循国家相关标准的要求，综合考虑压力容器的设计压力、使用年限及使用环境等因素，进行合理选材，与此同时，也应充分考虑到压力容器所储存的介质对主体材料所常来的影响。通常情况下，对于在硫浓度环境中使用的压力容器，多选择20R 碳素钢或者是20 碳素钢，严禁使用低合金钢；对于在高温氢腐蚀环境中使用的压力容器，多选择Ti、M0 等合金钢；高温环境下，碳锰钢、碳素钢材料会变脆，钢中渗碳体容易发生分解，导致材料可塑性、强度下降，因此，如果压力容器内部温度过高，则不适宜使用碳锰钢、碳素钢，以避免钢中碳化物的石墨化反应。化工压力容器补强设计中，也要合理选择补强材料，避免因材料强度等级过低而导致的补强面积增大的问题。同时，如果接管补强面积过小，则会降低补强效应，也会给焊接质量带来一定的不利影响。面对这样的问题，制作厚壁接管的时候，可以选择无缝钢管材料。若是化工压力容器的设计压力较高，相对应的其所需要的壁厚也较大，为满足化工压力容器的补强要求，应采用锻件来制造接管；若是化工压力容器的设计压力较低，为降低接管壁厚，可选择无缝钢管，但必须要确保其可以满足化工压力容器的补强要求。选择补强圈材料的时候，应选择与筒体材料相同的材料，以便于减少制作成本。此外，还应根据化工压力容器的介质特性、使用环境等因素，来合理选择厚壁接管材料，一般来说，厚壁接管材料的类型及其强度，应与壳体材料相同。

2 化工压力容器的补强设计要点

2.1 开孔补强设计要点

在对压力容器进行补强结构设计时，需要尤其注重局部补强结构的设计，即为强圈搭焊、整体锻件以及后壁接管结构的补强。其中后壁接管补强技术具有很多优势，比如说可保证焊接质量、结构简单以及焊缝较少等，所以补强效果是有保障的。整体锻件补强技术，即对接管、补强结构以及部分壳体进行加工，使其成为一个完整的锻件，之后需要通过焊接方式连接起接管以及壳体，该方法能减少应力的集中程度，所以材料在通过补强之后，其可具有更高的抗疲劳性。然而整体锻件补强技术依然有很多的问题，比如说使用频率较小，造价较高，常见于要求非常高的化工行业压力容器补强作业中。另外补强圈补强技术常见于操作温度较低的低型压力容器中，其操作原理是在无限大的平板开小孔。通过把补强板材料焊接于焊壁上，能够使开孔边缘部位的金属强度得到增强。开孔所除去金属的质量直接关系到可补回的金属数量。所以为使得小直径的开孔方式更为有效，应考虑补强圈补强技术。但是补强圈补强技术仍有一些问题，像是补强圈及外壳体会相互分离，很难成为一个整体，同时在做好补强工作之后，抗疲劳程度会减少。在进行开孔补强设计时，需要做好补强圈的设计工作。一般来说，设计人员需要根据补强圈的标准要求开展设计工作，具体来说涉及到以下三种情况：首先，补强圈不超过壳体厚度；其次，补强圈和壳体厚度所一致；最后补强圈的厚度超过壳体的。第二种设计方法占有很大的优势，这是由于这种设计方法不仅可以更为全面的应用材料以及备料，材料的浪费情况会大大减弱。

2.2 开孔补强应力论述

在对化工压力容器实施开孔处理之后，会出现三种应力，即薄膜应力、峰值应力以及弯曲应力。一般来说，压力容器会直接受到均匀薄膜应力的制约。开孔后，通常开孔边缘区域会受到应力的集中作用，受影响程度会受到距离远近的影响，与孔相距较远部位的应力几乎不会发生变动，但是总体薄膜应力会不超过其应力水平。在对压力容器进行开孔处理之后，其和接管连接部位所出现的范围分布相对较小，这造成数值增高以及峰值应力问题的出现几率较大。弯曲应力应划分为一次应力，其可以对壳体以及接管之间的连接性能进行协调，并会出现相应的应力，同时在正常运行时，压力容器的很难遭到破坏。

3 开孔补强实际操作应该注意的问题

在化工压力容器设计中，开孔补强设计具有非常重要的作用，可以有效地提高压力容器的性能，确保压力容器设计的合理性。因此在具体开孔补强设计应用过程中，要关注规定的注意事项，以提高设计的质量，确保压力容器使用时的安全性和可靠性，保证化工生产的安全有序进行。严格把关接管厚度。严格按照理论标准的要求计算接管厚度，在实际接管设计时，接管厚度过大会影响焊接质量，厚度过小无法抵御反复压力的冲击，因此要保证接管厚度与具体的标准相符。接管接触面积要保持与压力容器开孔面积相等。