压力容器设计时材料和壁厚的选取分析

发布时间：2022-10-31 16:50:32 浏览数：次

摘要：压力容器在投入使用前，需要经过设计、制造、检验、安装、运行监督及維修等多项环节，在对压力容器进行设计时应确保设计工作的正确性及合理性，提升压力容易的运行可靠性，避免对容器产品的运转费用及制造成本造成较大的影响。由于大多数压力容器均需要在严峻的工况下运行，要强确保其运行的安全性，在容器设计时，应做好材料及壁厚的选取，提升压力容器的设计效果及质量，满足实际的使用要求。

关键词：压力容器；材料；壁厚

压力容器的介质来源较为广泛且种类繁多，包括原材料、副产品、成品或半成品等，介质具有易燃、易爆、腐蚀及有毒等特性。因此，在对压力容器的材料进行选取时，应以介质特洗净作为选择依据，不同的压力容器所选择的材料存在着一定的差异，压力容器的钢板主要包括不锈钢、高合金钢钢板、低合金钢钢板、碳素钢板等，并且每种钢板的适用范围存在着一定的差异。在进行压力容器选取时，应考虑到多方面的因素，确保压力容器更具安全性及经济性。

1 压力容器设计要求

由于化学及石油工业的生产过程较为复杂，在开展设备生产时，当有1台设备出现问题时，将会影响多台设备的正常运转，进而降低了产品的质量，导致各项生产工作无法顺利开展，并且还会对生产人员的人身安全造成极大威胁。因此，要想确保压力容器设计的合理性，应做好以下设计内容：

第一，满足工艺生产要求，工艺生产过程中对温度、压力及工艺均有着较高的要求，例如，氮肥生产中的氨合成塔，由于氨及氮两者的合成压力密切相关，在实际的应用过程中，受各种原因影响，出现氨合成塔无法承受设计压力情况，只能选择降压使用，会促使氨的合成率大大下降，进而对产品的质量造成较大影响，产品的生产成本大幅度提升。

第二，运行的安全可靠性，由于化工行业所生产的物料自身具有较强的毒性及腐蚀性，容易引发火灾等安全事故的产生，压力容器内部储存着一定的能量，一旦遭受到破坏，容器中的容量好在较短的时间内快速的释放出来，具有较强的摧残力，导致容器本身遭受到严重的破坏。

第三，预定的使用寿命，化工物料对壳体结构材料的腐蚀是影响压力容器使用寿命的主要因素，会导致压力容器的壁变薄。对于一些腐蚀性较强的物料，在设计时，应使用耐腐蚀较强的材料，在结构设计中增加防腐措施，提升压力容器的使用寿命[1]。

2 压力容器设计时材料的选取

压力容器设计时在选取材料过程中，应考虑到材料不仅与容器内的介质有较强的关联性，同时还与容器的操作温度及操作压力密切相关，应合理选择厚度极限值。例如，Q235-B钢板的容器压力应控制在P≤1.6MPa，温度应控制在0-350℃，当将其用于壳体中时，需要将钢板的厚度控制在≤20mm，但是却不能将其应用到具有危害性及毒性介质的压力容器中。Q235-C钢板的容器压力应控制在P≤2.5MPa，温度应控制在0-400℃，当将其用于壳体中时，需要将钢板的厚度控制在≤30mm。当压力容器的设计要求比以上要求更高时，应选择低合金高强度的钢材料，例如，Q345R，温度应控制在300-450℃，一旦操作温度达到400-600℃时，应选择高温用钢材料。当温度达到600-1100℃时，应选择高铪镍奥氏体耐热钢材料，将介质的温度控制在≤700℃，要求材料自身具有较强的抗氧化性。对于一些特殊的介质应选择钛或铝等有色金属[2]。

3 压力容器设计时壁厚的选取

压力容器设计中壁厚的选取在材料选取之后，设计人员在进行壁厚选取时，应了解到压力容器的壁厚对整体强度的影响，应合理设计材料厚度的临界值，材料的应力随板厚的变化而发生变化。另外，在进行压力容器壁厚选取时，还应该充分的考虑到市场上各种规格的板材厚度，当市场上一些规格的钢板出现缺货时，可用相同规格厚度的钢板代替，但是切记不可选择比规定厚度薄的钢板。压力容器设计中使用的是名义厚度，主要是指设计厚度加标注在图样中的厚度，即压力容器板材腐蚀裕量与钢材厚度的负偏差。在对容器的压力进行计算时，压力主要是针对受压元件而产生的，被应用于确定受压元件的稳定性、感觉孤独及强度中，在对受压元件的压力进行计算时，主要由容器的设计压力加上液柱静压力共同运作来实现。在一些单枪容器中，介质主要由空气构成，在进行压力计算时，应结合生产操作时可能会出现的情况来决定，如考虑壳程压力的单独作用，换热器管板的压力，管程压力的单独作用等。另外，还需要对带夹套中容器的受压元件进行压力计算，在进行压力计算时，应充分的考虑到筒内压力及夹套压力的单独作用以及两者之间的共同作用，另外还应该考虑到夹套试验下压力的稳定性。

4 结论

随着科学技术的发展，计算机技术被广泛应用于工程设计中。软、硬件技术的飞速发展，扩大了压力容器的应用范围，并且在工程项目中发挥了重要作用。压力容器的合理使用，对设计工作提出了较高的要求，在设计时需要将材料及壁厚作为主要考虑的内容，合理选择适合的压力容器材料，了解受压元件的压力值，降低压力容器的危险因素，满足压力容器的工艺生产要求，确保压力容器的运行安全。

参考文献：

[1]陈学东，范志超，陈永东，崔军，章小浒，王冰，艾志斌.我国压力容器设计制造与维护的绿色化与智能化[J].压力容器，2017，34（11）：12-27+11.

[2]李新.开孔补强设计在压力容器设计中的应用探析[J].石化技术，2017，24（05）：30+44.

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