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谈压力容器的选材及补强设计

2021/11/25 阅读:

摘要:压力容器作为石油化工行业的主要生产设备,也是一种专用设备。在使用过程中,其安全运行具有重要意义。因此压力容器主要压力元件的材料选择必须符合有关法规和标准的要求,同时也要符合其性能要求。

关键词:压力容器;选材;补强设计

0引言

压力容器的整体结构在化工生产中起着重要作用,钢瓶材料的选择必须按照相应的标准进行。在实际生产过程中,设计制造单位容易对化工压力容器的压力标准产生误解,因此必须针对试用过程中存在的问题,采取材料更换和加固设计,完成化工压力容器的维修。

1压力容器的选材

在压力容器的设计中,除了要满足有关法规和标准的刚性要求外,主要压力元件的选择还必须选择能够满足设备的机械、物理、工艺和介质相容性的材料,保证材料具有良好的可加工性、足够的强度和耐腐蚀性等。(1)按照介质的性能特性和工作条件,选择适当的钢种,确定使用的钢种。所采用的钢材均应能够抵抗容器内部的介质锈蚀,以确保其使用寿命,容许的应力量均宜在适当的设计温度和压力下,以满足对容器内部的强度要求[1]。可以考虑选择一些特殊的介质作为复合材料,可以通过使用基层的结构来满足热力学性能,与介质接触的涂层也可以被广泛地用来抵御介质的侵害,从而改善钢的合理使用。例如,在湿硫化氢应力受到腐蚀的环境中,当设计压力容器时,应限制c,s,p和ni等元素含量,应尽量选用q245r等碳钢;(2)对于压力容器材料的选择,它们应当充分考虑到装置制造和工艺的性能,应当具备良好的焊接、成形、强韧性以及很大的热塑性;(3)对于各种压力容器的原件和材料,我们都应尽可能地避免不必要的资源和人力浪费,提高它们的社会经济效益,避免“越厚越安全”、“性能越好”等视觉误区。例如,钢板厚度的增长会极大地增加了设备抗压性能,但同时会极大地增加了设备的自重,增加了对于设备的支撑零部件(如鞍座、裙坐等)的设计要求,并会使其出现不稳定等严重的安全隐患,同时会给设备造成大量材料的浪费;(4)各种压力容器均应当从国家或者具有规定相应资格的企业所需要生产的钢材中进行选择。化工压力容器本身作为一种专门的设备,如果使用中发生事故,其危害可能性是巨大的。因此,国家质量监督检验检疫总局严格监督各类压力容器的研发、制造、安装和使用,确保压力容器的安全运行。

2压力容器的补强设计要点

2.1开孔补强设计要点在压力容器局部加固结构设计中,应特别注意局部加固结构设计,即强搭接焊加固、整体锻造加固和后壁连接管。后墙节点加固技术在设计上具备了焊接质量良好、结构简单、焊缝少等特征,保证了节点的加固。采用了整体锻件的补强技术,即将喷嘴、补强机械结构和壳体零件组成部分都进行了加工,使其发展成为一个完整的锻件,然后将喷嘴与壳体经焊接相互作用,这样就可以大大降低了应力的集中度,从而促使经过补强的塑料具备较高的耐腐蚀和抗疲劳性能。但是在整体压力容器的强化工作技术中却存在着使用频率较低、造价相当昂贵的问题,在化工压力容器的强化作业中普遍存在。此外,加强环技术通常用于低温低压容器,其工作原理是在无限大板上开一个小孔。将加强板材料焊接在焊接壁上,可以提高孔边金属的强度。开口处金属去除的质量直接关系到可回收金属的数量。

2.2开孔补强应力论述化学压力容器穿孔后产生三种应力,即膜应力、峰值应力和弯曲应力。一般而言,压力容器可能直接受到均匀膜上的应力限制。开孔后,孔边应力集中,影响程度受孔和孔之间距离的影响,但总膜应力不大于孔边应力水平。当压力容器穿孔后,压力容器和连接部件的范围内应力分布变化相对减少,造成峰值应力的发生和值增加。将各种压力容器弯曲应力均匀地分解成为主应力,以协调壳体和连接管之间的动力学关系,同时也产生了相应的弯曲应力,使得压力容器在正常工作中难以受到破坏。

2.3补强结构分析

(1)环形加固。补强环法就是一种很常见的补强方法。板厚是指用来提高气密材料在空腔周围的容器外壳上所承受的强度。本实用新型专利技术框架结构简单,加工和制造简易,应用经验丰富。在进行设计过程中,我们应该要充分考虑到补强环、喷嘴及壳体之间的合理焊缝结构,以便于生产。由于这种加强环没有与喷嘴和外壳体相互集成,抗疲劳和耐腐蚀性能也比较差,通常适用在普遍的常温、静压下的中高压容器;

(2)钢筋厚壁管。厚壁管可以集中应力集中区域,比加强环更能有效地降低应力集中系数。本实用新型的结构也比加强环简单,不需要叠加焊接。在使用厚壁管配筋时,在配筋范围外可采用减小壁厚以满足抗压强度可降低的方法,这样可以节省一些材料。

3结语

压力容器是化工生产中的重要设备,其安全性直接关系到化工生产活动,因此科学选择压力容器,优化增强设计是压力容器设计的重要内容。在材料的选择过程中,必须遵守相关要求,使材料的质量满足实际需要,而加固设计工作需要考虑到施工成本、技术和安全,以维持化工压力容器的正常运行。

参考文献

[1]王红梅,傅忠君,赵岩.化工压力容器选材与补强设计分析[J].山东理工大学学报(自然科学版),201905:107-110.

作者:王锡东 单位:大庆油田设计院有限公司

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