压力容器设计中的节能降耗措施

压力容器设计中的节能降耗措施
摘要：研究压力容器设计中的节能降耗措施，需了解其基本要求，从设计数
据优化、材料选择、提升换热效率等多个方面来强化设计工作，分析各项设计措
施在节能降耗方面的具体效果，为后续相关研究提供可靠参考。

关键词：压力容器设计；节能降耗；措施
引言：压力容器的广泛使用，使得人们在关注其性能的特征的同时，开始更
加注重其节能降耗效果，针对该种情况，需结合压力容器的基本特征、应用趋向
等展开定向设计，在不影响容器使用功能的基础上，保证节能效果。

1压力容器设计节能降耗要求
压力容器节能降耗要求繁多，主要包括以下内容：第一，对设计方案、标准、规范等重复核对，避免能源无谓损耗；第二，引入合适材料，在满足基本功能所需、使用体验度、安全性的条件下，优选节能材料；第三，优化热熔器更新换代
机制，以此来不断提升容器本身的换热效率，并可获取足量的动力能源；第四，
在进行压力容器设计时，考虑到容器本身的特殊应用需求，如保温保冷需求、极
端环境下使用需求等，在容器设计阶段即能满足对应的需求，从源头上实现节能
损耗；第五，容器回收重造，结合制作材料特性，重复利用[1]。

2压力容器设计中的节能降耗措施
2.1设计数据优化
压力容器设计受不同因素影响，且不同压力容器，如卧式储罐、干燥器、分
离器、反应器、合成塔、余热锅炉、氧气舱等，结构不一、设计规范不一，只有
选择合适的设计参数，才可有效提升节能降耗效果。

关注以下要点：①普通数据
优化。

在进行压力容器设计数据优化时，多需要考虑焊接结构、腐蚀余量，在焊
接时，需结合焊接经济性、实际操作条件选择对应的焊接方式；在腐蚀裕量参数
设定时，需结合容器使用介质、环境等对容器腐蚀效率来进行但是因没有给出材
料的腐蚀率，故而很难确定，正常做法是结合以往的设计经验进行粗略估计，但
是结果可能并不准确，引发成本增加、安全风险上升等问题，故而需考虑常用材
料腐蚀性能、各项材料间的和谐程度等因素来加以配搭，保证使用性能[2]。

②定
向数据优化。

根据压力容器特征，考虑相关参数选取，以汽水分离器为例，其在
参数选择时需重视：进行口径优化设计，保证其处理流量恰好满足所需；进行过
滤介质整体化学性质分析，判断其腐蚀效果，设定分离器基础材质；分析过滤介
质使用温度，装置高质量疏水阀，用于应对特殊情况；进行管道压力分析，确保
压力容器在处于负压状态时，自动放水阀能一直处于闭合状态。

③数据审核。

因
压力容器设计过程较为繁杂，设计人员可能在较大的压力下出现数据出错的问题，针对该种情况，在完成数据设计后，需组织人员对其进行重复检查，保证在温度、压力设计方面的精准性，再进行数据拟合计算，获取容器设计强度、刚度，以及
容器的稳定性、承受强度；若是容器内部有元件，应进行物理、化学性质分析，
因稳定性会对容器的无损检测、焊缝系数值等产生影响。

若是条件允许，可引入BIM技术，按照设计参数通过计算机技术来建模，完成预先设计，明确设计中可
能存在的数据误差、结构不合理之处，不断调整、优化各项参数设置，以此来保
证通过数据优化来实现节能降损。

2.2材料选择
材料正确、定向选择亦是保证压力容器节能降耗设计的关键途径，涉及以下
要点：①媒体特性。

容器媒质性质，尤其是防腐性，会影响后续节能效果，建议
在设计时，参考已经投入应用的相关容器设备，结合筛选的各项材料的防腐蚀数
据材料，选择对应的设计材料，还需关注氯气、氢气、硫化氢等物质状况。

②操
作温度。

控制操作温度，降低负面影响，强度、抗氧化性与温度成反比，每项材
料都有其对应的适应温度范围区间、最高温度限值，若是超过限值，直接舍弃；
关注韧性影响，在实际设计时，分析不同条件下韧性特性，其中容器韧性、塑性
等与温度同样呈反比关系，故而维持温度在相应参数之下，有着较大的必要性。

如卧式储罐，温度需保持在200℃以下[3]。

③工作压力。

厚度设计时，综合多方
面影响因素，厚度越大、性能越差，在制作时就会比较困难，通常会选择高强度
钢来解决该方面问题。

④加工制造工艺。

加工工艺对容器性能影响较大，多需考
虑冷、热工艺带来的最终影响。

⑤不同容器钢板选择。

针对单板压力容器，所选
钢板厚度要求≤8mm，可选碳钢钢板，比如美标SA516Gr65钢板，如下图1所示，8mm厚，抗拉强度450-585MPa，屈服强度≥240；若是钢板厚度需求超过8mm，可
选择多类低合金钢进行对比分析，从中选出最优材料，在设计不同容器时选择对
应的钢板，能起到较好的效果哦；若是设计温度超过500℃，可选择不锈钢耐热钢，这种钢材本身质地较硬，且有着较强的耐高温性能；如果压力容器工作在腐
蚀比较严重的区域，建议设计为堆焊、复合、内衬等结构形式。

图1 美标SA516Gr65钢板示意图
2.3提升换热效率
提升容器换热效率，推广热换压力容器应用，不但可减少热量损失，还可降
低使用成本，就目前来说，很多压力容器多考虑其使用性能，忽视了节能方面的
具体需求，造成能源浪费，
针对该种情况，从以下数点尝试性地提升压力容器换热效率：①容器改良。

以换热器来说，可从以下数个方面改良：第一，增大换热系数，比如更换换热系
数更好的制作材料、加装导热片、减小制作厚度等，都能起到比较好的效果，此外，还应注重定期对压力容器内外壁附着黏着物的清理，以此来保证换热效率；
此外，还应注重压力容器在实际应用中表现出的具体效果，结合实际反馈对其换
热体系加以完善，比如在供热介质中添加药剂，避免出现水质、黏性药剂反应，
生成杂物玷污板片，若是水中掺杂有黏性杂物，可通过专用过滤器加以处理，以
此来加大其传热温差；第二，引进国际先进传热技术，增大换热面积，比如在换
热管道上增加翅片，在翅片上开波纹孔，还可直接加波纹片，以此来起到比较明
显的效果；在工艺上采用效率高的换热方式，如提高流体的流速，减少流体的稳
态时间，减少层流区间；采用波纹管束，增加折流梯度等。

第三，改进平均温差，增大传热温差Δt是强化板式换热器*常用的方法，任何设备内使用介质都可以
直接地直接地增强换热温差[4]。

②换热器结构选择。

换热器是压力容器的核心组
成部分，选择适宜的换热器极为重要，在换热器设计时，需考虑换热器后续应用
环境，在不影响容器使用性能的前提下，尽量减少原材料使用，还需通过各种方
式来提升换热器效率，如引入抽出式管束设计方法，其适应性强、保养方便但是
整体结构设计较为复杂，可能会因设计人员、制作人员本身的技术水平不过关而
造成泄漏、缺损等问题，针对该种情况，可选择设计技术工艺已经相对成熟的固
定管板式，其耗材少、传热效能好、结构简单，但是很难清洗。

综合以上因素可知，需结合实际情况来选择换热器结构，以此来达到更好的节能降耗效果。

2.4保温设计
进行压力容器保温设计，可确保其在极冷情况下不会出现能源过度损耗的情况，关注以下要点：①可在压力容器、过程管道外层加装隔热材料，尽量减少与
外界之间的接触与热交换，比如石棉、玻璃棉，其中保温多用硅酸铝，保冷多用
聚氨酯，在进行绝热层厚度设计时，需结合实际需求而定。

此外可根据容器使用
特征，选择恰当材料，若是应用于高温环境，选择石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃
纤维、硅酸钙等材料，若是应用于低温环境，选择真空粉末、真空夹层、软木等
材料[5]。

②注意严禁在压力容器上直接焊接，就保温而言，不可在压力容器上焊
保温托架、保温钉等；具体的保温措施，应由设计图纸而定，如压力容器的设计
温度是在没有保温条件下确定，保温后（或加大保温层厚度）其受压部分的材料
有可能超出其设计温度时，是严禁擅自进行保温的。

③案例分析。

以压力罐保温
设计为例，研究压力容器节能设计，如下图2所示，传统铁皮保温并不适宜压力
罐这种异形设备，且由于频繁检修的缘故，传统的保温方式拆卸很麻烦，会造成
能源的浪费以及不少的经济支出，为压力罐涂上一层聚氨酯保温材料，产品保温
隔热效果较好，具有耐高温、防腐蚀等特性。

图2压力罐保温设计
2.6旧罐利用
科学技术的发展，促进了压力容器生产工艺的更新换代，原有的设备已经逐
渐难以适应新工艺具体需求，若是直接放弃旧设备，选择新设备，可能会造成较
大的浪费问题，针对该种情况，需重视旧罐利用，比如10mm壁厚内压储罐，投
入使用后，因各种因素腐蚀掉1mm，若是按照新工艺，设计出可满足使用条件的
8mm储罐，分析两种储罐介质特性，若是各方面都一致，只是开孔部位、方式不一，可进行旧罐再利用，重新调整之后开孔，进行压力试验、无损检测，合格后
再投入使用，这对容器节能降耗来说有着较大的好处。

结语：综上，文章就压力容器设计中的节能降耗措施进行了重点论述与分析，建议给予其足够的重视，分析各项节能降耗措施在实际设计、实施过程中的优势
与不足，对其进行有效的优化，使其发挥出更大的价值，推动压力容器更加广泛
化的应用。

参考文献：
[1]安赢.浅析压力容器节能降耗措施[J].石化技术,2020,(4):27-29.
[2]李艳斌.浅析实现压力容器节能降耗的方法[J].清洗世界,2020,(10):25-36.
[3]杨东男.压力容器设计中的节能降耗策略研究[J].新型工业
化,2021,(6):122-123.
[4]吴洋洋,朱梦雨,朱新月.压力容器结构设计要点分析及解读[J].中国化工贸易,2018, (28):22.
[5]姚彦儒.可靠性设计及其在压力容器强度设计中的应用[J].科学大众：科技创新,2021，(6):23-28.。