化工压力容器选材与补强设计分析

化工压力容器选材与补强设计分析
摘要：最近一些年，随着社会经济与科技飞速发展，各行各业都迎来了新的发
展春天，化工行业也方兴未艾，压力容器在实际生产中作为一个关键性的设备，
其安全运行同化工正常生产乃至百姓的生命与财产安全存在着紧密的联系。

所以，化工压力容器在制造中，需要确保选材的科学性，并将补强的设计水平进行有效
提升，最终实现化工压力容器质量的最大化，为化工行业的健康可持续发展保驾
护航。

鉴于此，文章详细论述了化工压力容器的选材以及补强设计，旨在能够为
相关业界人士提供有价值的借鉴与参考，最终为化行业的有序、健康发展贡献应
有之力。

关键词：化工压力容器；选材；补强设计
前言：近几年来，我国化工行业实现了快速的变革发展。

化工压力容器作为
盛装化学原料的主要设备，其性能质量、材料强度与化工生产活动的稳定性与安
全性密切相关。

所以，在化工压力容器的设计与制造实践中，必须要做到立足实际、科学选材，并优化补强工艺的设计水平，以确保化工生产的健康发展。

1压力容器的合理选材
压力容器用钢的基本要求是有较高的强度，良好的塑性、韧性、制造性能和
与介质相容性。

材料选择主要由使用条件决定，使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点。

在相同的设计条件下，提高材料强度，可以增大许用
应力，减薄设备主要受压元件厚度，减轻重量，简化制造、安装和运输，从而降
低成本，提高综合经济性。

对于大型压力容器设备，采用高强度材料的效果尤为
显著。

但是，在追求强度的同时也要保证材料具有足够的韧性。

由于原材料和制
造等方面的原因，压力容器用钢常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔和夹渣等。

研究表明，并不是所有缺陷都会危及压力容器的安全运行，只要当缺陷尺寸达到
某一临界尺寸时，才会发生快速扩展而导致设备破坏。

临界尺寸与材料韧性密切
相关，它随着材料韧性的提高而增大。

材料韧性越好，临界尺寸越大，设备对缺
陷就越不敏感；反之，在压力作用下，很小的缺陷就有可能快速扩展而导致设备
破坏。

因此，材料韧性也是压力容器选材的一个重要指标。

材料强度越高，韧性
越差。

在选择材料时，应特别注意材料强度和韧性的合理匹配，避免设备在使用
过程中因材料韧性不足而发生破坏。

除材料强度外，温度也是影响材料韧性的一个重要因素。

低温工况下，碳素
钢和低合金钢的韧性会随着温度的降低而降低，当温度低于韧脆性转变温度时，
材料会发生脆性断裂，从而导致设备破坏。

所以，在低温工况下，我们就不能采
用一般的Q345R低合金钢板，而是采用16ＭnDR和09ＭnNiDR等低温专用钢板，并对母材和焊缝进行设计温度下的冲击试验，来验证材料是否有足够的低温韧性。

相反，设计温度高于400℃（特别是高于475℃）至600℃的压力容器，通常选用15CｒＭoR等中温抗氢钢板，保证材料有较高的许用应力和抗氢能力。

不锈钢在
低温、高温条件下都具有较高的强度和韧性。

但是，由于不锈钢的许用应力较低，相同设计条件下，设备厚度会相对增加，从而导致设备重量增加；另外，不锈钢的价格远远高于碳钢，从而导致设备成本
较高。

同时我们也要考虑材料和介质的相容性。

例如，奥氏体不锈钢虽具有很好
的耐腐蚀性能，但是在氯化物溶液中，很容易产生晶间腐蚀，从而导致设备破坏。

当设备压力较高，对耐腐蚀性能要求又高时，我们通常采用复合钢板。

从而达到
既能提高材料的许用应力和腐蚀性能，又能降低设备成本的效果。

但是复合板设
备的加工相对一般设备要麻烦的多，特别是焊接方面。

综上所述，在进行压力容
器选材时，我们应综合考虑容器的使用条件、材料和介质的相容性、加工性能、
材料性能、材料使用经验和综合经济性，并严格按照相关标准规范，合理选材。

对于化工压力容器而言，在对材料进行选择时，需药重点注意的问题有，在
选择化工压力容器材料时，需要充分保证材料在对实际设计规范与要求相，满足
的同时，更好的对材料的成本与价格进行控制，并通过使用先进的技术方法实现
对材料质量的最终检测，并利用多次反复实验充分确保材料同实际要求相符合。

与此同时，还要对材料的生产厂商进行综合考察，从而使所选的生产厂商的信誉
不但良好且材料质量又可以有效保障，通过这样的方式能够最大程度确保压力容
器的安全性与稳定性，最终为化工行业的健康可持续发展奠定基础。

2化工压力容器的补强设计要点
2.1 补强圈补强的设计要点
在应用补强圈补强工艺进行化工压力容器设计时，主要是把一块补强板焊接
在容器壁上，从而增大容器开孔处的受力面积，实现开孔边缘的应力分散。

在实
践应用当中，补强圈焊接布置的合理性，将直接影响到容器应力峰值的降低质量。

因此，相关人员应尽量保证补强圈均匀布设在化工压力容器的内外两侧，进而形
成对称性的应力分散结构，避免附加应力的形成。

这样一来，可有效提升容器开
孔部位的抗疲劳水平，实现容器寿命的延长。

2.2 锻件补强的设计要点
将锻件补强工艺运用到化工压力容器的补强设计中，主要可降低容器外壳承
载的压力量级，且不会形成额外的应力影响，进而达成最高水平的补强效果。

在
锻件补强的设计当中，相关人员必须要注意外壳整体的平缓性，严格保证应力均匀，以免导致应力长期集中在某一点，对外壳的结构稳定性产生影响。

此外，在
锻件补强的实践当中，相关人员还应着重做好过渡焊缝部位的施工把控，进一步
确保容器外壳的应力分布均匀。

2.3 厚壁接管补强的设计要点
厚壁接管是业内较常见的补强设计类型，相关人员在实施这一工艺操作时，
首先应做好材料的合理选择。

通常来讲，接管材料应与容器主体材料相一致，以
便保证补强后容器结构的整体性，达到良好的强化效果。

其次，要严格将相关理
论标准作为依据基础，对壁厚接管的厚度参数进行精确计算，以免因接管厚度过
大或过小，出现焊接质量降低、抗压能力不足等负面问题，对补强效果产生影响。

最后，还应保证接管的接触面积与容器开孔面积相同，从而使接管顺利伸入容器
内部，为容器壁厚的增加作出支持。

结束语：
总体而言，当前时期，我国社会经济日新月异飞速发展，在这样的大背景下，各行各业也得到了飞速繁荣发展，化工行业也不例外，基于化工行业的特殊性，
化工压力容器必须具备高度的功能综合性与材料优质性。

因此，相关人员在选材时，要严格坚持功能多元、经济实用、立足实际等原则，并做好开孔补强工艺的
合理设计与科学控制，以此发挥出压力容器最佳的设备应用效益，最终为行业的
发展贡献应有之力，最终实现社会与经济效益双丰收。

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