化工压力容器的选材及补强设计

研究与开发化 工 设 计 通 讯

Research and Development

Chemical Engineering Design Communications

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第45卷第6期

2019年6月

1 化工压力容器的选材

1.1 选材原则

化工压力容器选材时，需要考虑压力容器的具体使用条件，要考虑可供选择材料的耐腐蚀性、力学性能、抗压性、冷热性能、可焊性、材料来源及价格等因素，而且在同一个工程设计中，压力容器要选择统一的材料。在实际选材时还要遵循经济适用原则。在具体化工压力容器材料选用时，要求根据国家标准规定要求进行，综合考虑容器工作压力、温度、介质特性及使用环境等因素，并与材料自身特性相结合，通过具体的分析，选择具有较强防腐效果的材料，确保化工压力容器使用的安全。

1.2 主体材料选用

大部分化工原料为易燃易爆物品，且具有剧毒，对人体和环境威胁较大。因此具体设计化工压力容器时，需要严格对材料选择进行控制，以保证化工产品生产过程的安全性。对于以强度为主的普通碳素容器，当其板厚要求在8mm 以上时，宜选择普通合金钢，当装置设计以刚度和结构为主时，受压壳体宜采用普通碳素结构钢。对于以强度为主导的装置，材料选择时需要与设计温度、介质特点及设计压力等要求相结合，根据相关的要求精准进行材料选择

1.3 补强材料的选择

化工压力容器补强主要以三种方式进行，具体包括补强圈补强、整体壳体加厚补强及厚壁接管补强。在利用补强圈补强设计时，补强材料需要与壳体材料保持一致，当补强材料许用应力小于壳体材料许用应力时，则要求适当增加补强面积。对于补强材料许用应力高于壳体材料许用应力时，则所需补强面积也不得减少。目前在化工压力容器设计时，基于经济性考虑，整体壳体加厚补强方式在实际压力容器补强设计时应用较少，但对于不符合补强圈补强使用情况的，建议采用厚壁接管补强方式，但在具体应用这种补强方式时，需要将接管厚度与壳体开孔处的厚度比控制在0.5～2。当接管材料与壳体材料不一致的情况下，宜引入强度削弱系数（设计温度下接管材料与壳体材料应力的比值）。具体选择补强材料时，还需要参考化工压力容器的温度、压力、主体材料特性等因素，选择适宜的材料。

1.4 化工压力容器选材时的注意事项

化工压力容器选材时，要求材料在满足具体设计要求和

规范的基础上，还需要控制材料的价格和成本，并运用先进的技术手段来检测材料的质量，通过多重实验来保证材料与具体要求相符。另外，还要考查材料生产企业，确保生产厂家具有较好的信誉，能够保证材料的质量，这样才能进一步保障压力容器的稳定性和安全性。2 开孔补强设计

对化工压力容器进行补强设计时，通过选择化工压力容器截面，通过准确的计算来确定补强面积。当开孔补强面积确定后，应选取适宜的补强方式来完成具体的补强工作。在针对中低压化工压力容器补强设计时，宜采用补强圈进行补强，具体设计上补强圈的厚度可以大于、等于或是小于壳体厚度。在具体针对化工压力容器补强设计时，多采用补强圈与壳体厚度相等的补强方式，同时可以采用壳体卷板余料来制造补强圈。在针对中高压化工压力容器补强设计时，多会采用厚壁接管补强方式，其效果十分显著。

2.1 开孔补强方法

开孔补强方法大致包括三种，具体为等面积补强法、极限分析法和安定性准则法。在等面积补强法中，容器与接管连接处周围的补强面积与壳体开孔时所减少的截面积相等，这种补强方法具有较好的安全性和可靠性，使用十分简便，在中低压容器开孔补强中应用较多。极限分析法通过对实验应力进行分析，并针对不同接管和不同参数来对应力集中参数进行测量，并进行曲线绘制，根据具体的曲线图来完成计算。通常在设备要求不高且只受蠕变范围内恒定压力作用的化工压力容器开孔补强中会应用到极限分析法。对于受循环压力作用的容器而且开孔结构满足安定性准则情况下时才会应用安定性准则法，具体应用时，要求一次薄膜应力与二次薄膜应力相加的值小于两倍屈服应力值，这样才能保证容器的安全性。

2.2 开孔补强设计在压力容器设计中的运用2.2.1 补强圈补强设计

在压力容器设计中应用补强圈补强设计时，需要将一块补强板焊接在压力容器壁上，进一步增加开孔处的承载面积，增加承受应力的金属面积，能够将开口边沿的应力峰值降低。在具体设计过程中，补强圈的位置与容器应力值的变化具有直接关系，而且也会对应力值带来直接的影响。针对于补强圈设计与应力值变化之间的关系进行具体的实验表明，在压力容器不同位置处增设相同截面积的金属材料补强圈时， 会对应力系数变化带来较大的影响。而当补强材料均匀分布

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摘 要：近年来我国化工行业取得了较快的发展，在化工行业生产过程中，压力容器作为重要的设备，其运行的安全与化工正常的生产及百姓的生命财产安全息息相关。因此在制造化工压力容器过程中，需要科学选材，并进一步提高补强设计水平，以保证化工压力容器的质量，确保化工行业的健康、有序发展。

关键词：化工压力容器；选材；选材原则；开孔补强设计；方法中图分类号：TQ051.3 文献标志码：A 文章编号：1003-6490（2019）06-0135-02

Material Selection and Reinforcement Design of

Chemical Pressure Vessels

Wang Xing

Abstract ：In recent years ，China ’s chemical industry has made rapid development.Pressure vessels ，as an important equipment in the production process of chemical industry ，are closely related to the normal production of chemical industry and the safety of people ’s lives and property.Therefore ，in the process of manufacturing chemical pressure vessels ，it is necessary to select materials scienti fi cally and further improve the design level of reinforcement ，so as to ensure the quality of chemical pressure vessels and ensure the healthy and orderly development of chemical industry.

Key words ：chemical pressure vessel ；material selection ；material selection principle ；hole reinforcement design ；method 化工压力容器的选材及补强设计

王 星

（哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司，河北秦皇岛 066206）

收稿日期：2019-03-14作者简介： 王星（1982—），男，河北保定人，工程师，主要从事核

电设备、压力容器设计及技术管理工作。