化工压力容器的选材及补强设计浅谈

马钰迪 李远哲（中石油北方工程设计有限公司，吉林 吉林 132002）

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，同时做好补强设计工作。

1 化工压力容器的选材

在设计化工压力容器时，应当根据《压力容器安全技术监察规程》等规定科学的选材，同时也需要考虑到主体材料是否会受到介质特性的影响，比如说在选择材料时，需要分析材料的使用年限、设计压力以及温度等。一般硫浓度环境应使用20R、20等这一类型的碳素钢，避免投入15MnVR等低合金钢；高温氢腐蚀环境需要考虑M0、Ti这一类型的合金钢；若是压力容器内部环境过高，那么碳素钢以及碳锰钢容易发生问题，所以钢中碳化物所发生的石墨化情况一定要引起重视。这是由于在高温环境之下，碳素钢以及碳锰钢会发生变脆问题，钢中的渗碳体也可能会发生分解情况，造成材料的强度以及可塑性下降，所以在高温环境之下需要谨慎替换碳素钢以及碳锰钢。另外在选材时，也应当注重介质的腐蚀性、毒害性以及易燃易爆程度，基于材料的成本造价，考虑新材料的特性和应用价值，以更好的减少制造成本。

在确定补强材料时，若是材料的强度等级相对较低，相应的补强面积会出现增大趋势。若是接管有效补强面积减少，则会造成补强效应下降，同时焊接质量也会受到不良影响。为此应当利用无缝钢管材料来制作厚壁接管，也可以通过锻件进行加工制造。如果设计压力比较低，为了保证接管壁厚不至于过大，同时也可以满足补强要求，应当使用无缝钢管；如果设计压力比较高，所需要的壁厚也比较大，这种情况下为了达到补强要求，需要通过锻件进行接管的加工制造。在确定补强圈材料时，应确保其和筒体材料相一致，以降低制作成本。厚壁接管的材料需要基于设备的介质特性以及操作条件加以确定，通常厚壁接管的强度以及所使用材料的类别，需要和壳体材料相一致。在使用强度等级相对较高的材料时，尽管补强效果、稳定程度会有所提升，然而材料的造价也会增高，相应的焊接难度会提升，材料的整体强度可能会受到负面影响。

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。需要意识到，还需要根据压力容器具有的结构特点以及设计规定来确定补强圈的厚度。

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 结语

在化工生产中，化工压力容器是非常重要的设备，其安全程度也关系到化工生产活动，因此对化工压力容器进行科学的选择，同时优化补强设计是非常重要的。在进行选材时，一定要遵守相关规定要求，使材料的质量符合实际需求，补强设计工作则需要考虑到施工成本、技术以及安全性，以维持化工压力容器的正常运行。

[1]苏艳英.化工压力容器的设计和选材技术阐述[J].化工管理,2017,(05)：17.

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