压力容器设计中的节能降耗措施

张彦超

中国石油工程建设有限公司 北京 100000

为做好压力容器的节能降耗工作，首先要从设计环节入手，并结合经济性合理地选择材料，然后根据实际使用情况，确定容器的结构尺寸，以达到节能降耗的目的。为此，本文综合考虑实施节能降耗理念的需要，在对压力容器设计节能降耗的认识和理解的基础上，结合日常设计实践，提出了压力容器设计、制造、使用等方面的节能措施[1]。

1 压力容器设计中节能降耗的基本要求

就节能降耗而言，压力容器设计的基本要求主要体现在以下几个方面：一是严格审核设计方案和数据，避免因设计数据方面的原因造成不必要的能耗；二是选择合适的材料，在满足功能要求、安全性等要求的基础上，尽量选用节能型较好的材料；三是注意对设计过程中的热换容器进行优化处理，尽可能提高其换热效率，确保其能量充足；四是在设计过程中如有保冷、保温等特殊要求，则应做好方案设计过程中的保冷措施或保温措施；五是对可合理改造的压力容器设备，尽量提高材料利用率，最大限度发挥材料的剩余价值。

2 压力容器设计中的节能降耗措施

2.1 设计数据方面

设计中涉及的设计参数很多，但设计规范不同，设计参数的正确理解和选择对压力容器的各个方面都有很大影响。例如，腐蚀余量和焊接结构等。一般情况下，腐蚀裕量主要是根据设备预定使用期和介质对压力容器腐蚀速率确定的。但由于材料的腐蚀率没有给出，设计者难以确定，一般的做法是设计者根据经验作一个简单的粗略估计。由此产生的问题也是显而易见的，对于容器腐蚀余量的不准确，会导致选材和压力容器壁厚不同，直接影响到压力容器的生产成本和安全性能。要提供准确的材料腐蚀速率，对不同性质的材料要区别对待，以保证材料使用的准确性，减少经济损失，提高安全性能。在选择焊接结构时，还应根据实际操作条件和经济性进行合理选择[2]。

2.2 压力容器材料方面

设计材料的选择也是压力容器在设计过程中节能降耗的一个重要因素。以下是影响压力容器选材的主要因素。

（1）媒体特性。媒质的性质，特别是腐蚀性，对材料的选择影响很大。一般情况下，设计者可参考各种材料的腐蚀数据资料或参考已投入使用的类似设备的使用情况进行选择。特别要注意含硫化氢、氢气和氯气等物质的情况。

（2）操作温度。在材料选择中，温度也是一个非常重要的因素。温度对材料性能有影响，温度越高，强度越低，抗氧化性越差。每一种材料都有其适宜的温度范围和最高使用温度，如果超过了这个范围或超过了这个温度，就不适合使用。韧性是决定材料低温使用性能的基础。当设计压力容器时，通常要求材料在一定的低温条件下具有相应的冲击韧性。塑性和韧性还与温度有关，随着温度的升高，塑性和韧性也随之下降。

（3）工作的压力。确定压力容器材料的名义厚度，与压力的计算及设备尺寸大小有关。一般来说，压力容器的名义厚度越大，其材料的性能就越差，加工就越不方便，同时还会增加制造加工的成本，经济性差，采用高强度钢来解决壁厚、经济性差的问题。

（4）加工制造。工艺性在加工制造中，特别要考虑工艺性（冷、热）和焊接工艺性所带来的影响。五、物资采购。对大多数常用钢材，均可直接购买使用。对于某些特殊物料，特别是规格较大、数量较少的物料，采购时间较难控制。所以在设计选材时，优先选用压力容器的规格和国内标准推荐的材料，国产材料。在日常使用经验和经济要求的基础上，总结出以下选材原则供参考：对于单层容器，如果钢板厚度小于8mm，则优先选用碳钢钢板；如钢板厚度大于8mm，应选用Q345R 等常用低合金钢。根据介质的性质、设计压力和设计温度等因素，按Q235B、Q235C、Q245R、Q345R 四个等级（以强度设计为主）选择相应的钢板（主要用于强度设计）。当设计温度≥500℃时，应尽量选择不锈钢作为耐热钢。另外，如果铁离子污染严重或介质有较强的腐蚀性，也最好选择不锈钢。如果所需的不锈钢钢板厚度大于12 毫米，则宜采用内衬、复合、堆焊等结构形式。当设计温度为450-620℃时，可选用珠光体耐热钢。在温度≥250℃、高温高压抗氢条件下，珠光体耐热钢也是理想的。与此同时在使用过程中，应尽量减少钢材的品种和规格。

2.3 换热效率方面

换热压力容器在石化行业中应用十分广泛。换热压力容器在企业的日常生产运行中发挥着十分重要的作用。热交换效率是影响企业生产效益的重要因素。所以高效热交换器的使用，既能响应国家节能减排政策，又能降低企业自身的能耗，降低成本，提高效益。压力容器换热效率普标偏低，能量消耗大，高效换热器只占总能量的10% 左右，造成能源的大量浪费。为此，应鼓励企业开展换热压力容器能效测试与评价，为企业节能减排提供参考。与此同时，在对换热器进行设计时，应对其进行优化设计，尽可能提高热交换效率，保证节能要求。

2.4 绝缘保冷方面

在正常工作条件下，对介质参数特别是温度有一定要求。过程管路和压力容器如不采用保温保冷措施，则其内部介质极易随外界空气温度变化而发生变化，有时为了达到作业条件，还需增加辅助设备。所以，通常在过程管道和压力容器外加一层隔热保冷材料（即保温保冷材料），以减少与外界空气的接触和热损失。特殊保温保冷材料及厚度，可根据容器的不同及使用条件的实际需要作相应调整。与此同时，随着国家节能减排工作的深入开展，许多企业都引进了全新的节能技术、节能材料，节能效果十分明显。选用节能、保温、保暖的新材料也是实现节能减排的措施之一[3]。

3 结语

综上所述，作为石化行业的重要组成部分，压力容器的节能减排工作对加快我国石化行业的发展具有重要意义。因此在满足强度、稳定性、生产工艺要求等安全性的前提下，选择经济的材料，提高换热效率，采用保温保冷措施和废利用等措施，达到节能减排的目的。与此同时，要强化全行业的节能减排意识，把节能减排落实到日常工作中，让经济与环境共同发展。