化工压力容器选材与补强设计分析

2023-02-14

化工压力容器整体结构在化工操作中占据重要地位, 对其筒体材料的选择需要按照严格的标准进行规范谨慎操作。化工压力容器的设计与制造单位通常对其压力的标准与规范存在着一定理解上的偏差, 所以会出现化工压力容器在投入试用阶段出现问题, 必须进行适当的材料替换代用和进行补强设计才可实现对化工压力容器的妥善维护。传统压力容器材料代换与补强设计常出现各类技术上的问题[1]。

一、化工压力容器主体材料的选用

1. 化工压力容器主体设计时的材料选用方法原则

化工压力容器整体材料的选用类型关系到压力容器的安全运行质量, 在压力容器设计及材料替换过程中需要严格遵守GB150及《压力容器安全技术监察规程》的科学规定继续精确的材料选择。在考虑设计压力、材料使用寿命与工作环境温度的等因素之外, 还要重视考察化工机械基质材料的特性对压力容器材料可能造成的影响。在硫浓度大的环境中不适宜使用低合金钢, 对各种易燃易爆与充斥毒性等其他破坏性和腐蚀性较强的环境需要对材料进行特殊的表面处理。

2. 化工压力容器补强材料的选用

补强材料一般选用强度较低的材料, 并要考虑焊接时可能发生的负面反应以及补墙面的面积大小。厚壁接管既可以选用锻件加工制造, 也可选用无缝钢管。在设计压力较小且同时满足补强要求所需的壁厚并不大的情况下, 选用无缝钢管比较科学;设计压力较高且要满足补强要求所需的壁厚较大时, 可选用锻件来加工制造。在对补强材料进行选择时, 需要综合考虑材料的强度、经济性与焊接状况等因素[2]。

二、化工压力容器补强设计思路方法及其影响的分析

1. 补强设计方法的具体分析

补强设计方法在化工压力容器结构设计技术中属于重点技术类型。化工压力容器接管开口处的设备设计是整体设计的重点难点。在补强设计过程中应当具体注意以下几项:①精确进行接管补强结构的尺寸设计;②补强设计中重点落实接管结构的抗腐蚀设计;③严格控制接管开孔处焊接结构的面积, 减少偏差;④对各种补强结构的设计进行分别处理。主要的补强设计方法包括:整锻件补强、整体加厚壳体补强和补强圈补强等。

2. 化工压力容器开孔补强结构的科学设计

补强圈的设计是开孔补强设计中的技术要点, 补强圈标准一般按照 (JB/T 4736-2002) 来规范设计。补强圈厚度有三种选择情况 (需要根据压力容器结构特点和设计要求确定) , 三种情况分别为补强圈小于壳体厚度、等于壳体厚度和大于壳体厚度。与壳体厚度相等是最佳的选择状态, 这样设计的好处是便于备料和对材料的充分利用, 减少浪费。依照以往经验来看可以采取的措施有如下三种:增加整个筒体的厚度;增加补强圈的厚度或接管的厚度;增加开孔处局部筒体厚或加大补强圈的宽度[3]。

三、化工压力容器材料选择设计的具体分析

1. 压力容器设计材料选择的变化及影响因素

传统压力容器材料代用设计时, 单纯以为用高强度材料代替低强度材料的方式并不完全合理。“以优代劣”并不安全可行。钢制压力容器设计对材料力学性能的要求虽然重视其强度, 实际上更重视其可塑性与韧性。传统“以厚代薄”的设计方式同样有失偏颇, 单纯增加厚度并不能根本性解决压力容器壳体受力问题。

2. 压力容器使用温度对设计材料选择的影响

碳锰钢和碳素钢在温度过高的环境下长期使用时, 需要考虑钢中碳化物的石墨化倾向, 碳素钢和碳素钢在高温情况下, 钢中的渗碳体会分解, 钢材明显变脆, 从而使材料的强度以及可塑性均下降, 因此在高温环境下的碳锰钢和碳素钢材料替换不可取。

四、结语

化工压力容器的设计过程与制造过程对压力标准的掌控偏差致使压力容器的材料代用问题成为一项重要的技术, 正确的代用材料选择和科学的补强设计方法在维护化工压力容器安全运行方面发挥至关重要的作用。传统的的材料替代主要秉持以厚代薄和以优带劣的理念, 并不能有效实现对压力容器材料代用工作的科学性。本文在对化工压力容器材料变化不同温度条件影响因素以及结果的基础上, 得出材料选用时需充分考虑组成成分、性能和组织结构等因素的结论。

摘要：材料的选择与补强设计在化工压力容器设计中至关重要, 材料性能的优良和补强设计的技术含量会对化工压力容器作业质量产生较大影响。化工压力容器的材料选择与补强设计常出现的各种问题不利于化工压力容器的正常运作。本文主要探讨化工压力容器整体加厚补强材料的选择要领以及补强设计的基本设计思路。针对各种应力变化的原因支出相应的核算设计建议。在对化工压力容器材料变化不同温度条件影响因素以及结果的基础上, 得出材料选用时需充分考虑组成成分、性能和组织结构等因素的结论。

关键词：化工压力容器,选材,补强设计,分析