探討石油化工壓力容器鋼的選用

王旭陽

摘 要：石油化工工業對促進國民經濟發展具有重要作用，在石油化工工業的發展進程中，石油化工壓力容器的設備選材十分重要。由于材料性能對于設備使用壽命和質量具有重大影響。因此，必須重視設備的選材問題。本文探討了石油化工行業壓力容器設備選材的相關注意事項，以便為從事相關工作的人員提供相應的指導。

關鍵詞：石油化工;壓力容器;鋼的選用

0 引言

在石油化工容器中，材料的選擇是非常重要的，我們必須要選擇材料性能優良的原料，這樣才可以強化設計的技術含量，從而保障化工壓力容器的安全性能。具體來說，我們在進行化工壓力容器材料選擇的時候，需要對于各種問題做好分析，保障化工壓力容器的正常運作。

1 石油化工壓力容器的現狀

煉油廠和石油化工廠使用的工藝氣體（通常在相當高的壓力下）必須以最安全可靠的方式進行處理和控制。因此，所有含氣部件必須為此目的進行精確設計。特別是，在往復式壓縮機設備中，壓力脈動是不可避免的，但其發生和影響可以通過適當的壓力容器設計、管道布局、支架等來控制。脈動瓶的適當尺寸實際上是確定往復式壓縮機設備系統的關鍵步驟。確定脈動瓶的體積、形狀和類型是設計的第一步。然后根據規范要求進行機械設計。在某些情況下，可能還需要計算瓶內構件上產生的應力，以及低周疲勞分析。一旦確定了脈動瓶，就可以通過有限元模型（包括氣缸、吸入和排出瓶以及相關支架）進行振動分析。

工業上通常使用圓柱形壓力容器或立式反應塔來輸送高壓和高溫下的液體和氣體。石油化工中高溫高壓下工作的設備和管道，以及氫的存在，通常都是用Cr-Mo鋼制造的。替代Cr5Mo的Cr9Mo管材廣泛應用于高硫原油精煉設備的許多部位，以滿足更高要求的高溫防腐和抗氧化要求。國產Cr9Mo鋼的力學性能、蠕變斷裂性能和高溫抗氧化性能與國外同類產品相當。三年的應用表明，國產Cr9Mo鋼完全能滿足石化行業的要求。

壓力容器用于工業和私營部門的各種應用。壓力容器的例子有潛水缸、蒸餾塔、高壓釜以及煉油廠和石化廠中的許多其他容器。壓力容器設計中存在的問題是壓力容器底部控制質量流量的孔在結構和熱方面都是薄弱環節。近年來，隨著國家電力需求的快速增長和節能環保要求的進一步提高和發展，高容量、高效率的超超臨界火電機組參數是當前的主流趨勢。TP347H奧氏體耐熱鋼具有良好的高溫抗氧化性能。抗蠕變、晶間腐蝕、焊接和冷熱加工已廣泛應用于電廠維修和國內主要超臨界電站鍋爐。冷加工是無縫鋼管生產中的重要環節。

針對TP347H鋼管在高壓鍋爐上的應用，通過研究鋼管在室溫和固溶狀態下的冷休眠對晶粒尺寸和力學性能的影響，為TP347H鋼管冷態工藝的發展提供了合理的支持。通過研究發現，隨著冷尺寸的增加，鋼的晶粒變薄，在黃玉中出現線滑移。通過對石油化工壓力容器用鋼（16MnR）在高溫下的力學性能測試，確定了300℃下的概率分布，發現了平均電阻值與溫度的關系，得到了二維隨機分布的概率密度函數通過獲得的綜合數據，對16MnR的屈服強度進行了初步的推導，并利用上述結果給出了計算實例。

作者還提出了溫度和力學性能均為隨機變量的石油化工壓力容器可靠性設計的二維設計模型。當冷態尺寸達到15%～20%時，室溫與屈服強度和強度流動相同。在固液混合條件下，管道中的滑移隨冷度的增大而消失，室溫與屈服強度和強度的流動相同。軌道相同的薄，屈服的力量和力量，并拉出一切可能。在相同的溫度下，隨著冷度的增大，屈服強度對強度的形狀變化不明顯，伸長段的變化規律也不明顯。在與形狀相同的量下，Keola的溫度升高，屈服強度高，拉出強度降低。[1]

2 石油化工壓力容器鋼的選用

2.1 新型壓力容器專用材料的選用

值得注意的是新世紀納米技術正在試制出輕質、高強度、熱穩定的新型材料，甚至能自動修復磨損或裂紋等缺陷的智能材料。選用這類材料進行加工成形時，不再是傳統的“去材法”或“變形法”制造理念，而是運用“增材法”制造理念，這樣既大大節省了原材料，降低了環境污染，又可使不同材料層起到不同的特殊功能。容器設計一般當容器設計厚度大于12mm時，就應該考慮選用復合材料的可能性。

選用復合板作為壓力容器筒體材料時，應根據介質的特性選用不同材料類型的復合板。鈦--鋼復合板由于其優良的耐腐蝕性能和較低的鋼材成本，在壓力容器等領域的應用越來越廣泛。為了促進鈦鋼復合板生產的標準化，對爆炸焊接、爆炸+軋制和真空軋制的機理進行了綜合分析。通過對制造工藝和工藝參數的比較，三種制造工藝的界面和性能的點差異。同時，對三種復合材料板的性能進行了測試。結果表明：爆炸焊接復合板適用于高壓和超高壓容器，爆炸+軋制復合板適用于中高壓容器，真空軋制復合板適用于低壓容器。[2]

2.2 奧氏體不銹鋼材料

奧氏體不銹鋼具有良好的延展性和高應變硬化性。當鋼在拉力下加載到超過其驗證強度的應力σk，然后卸載時，將產生永久塑性延伸率。如果鋼再次加載，它將保持彈性到這個更高的應力。應變硬化的這一特性為通過壓力強化提高鋼材的許用應力提供了空間。在實際應用中，成品容器通過內壓加載至σk的強化應力，遠高于材料的強度，大大提高了容器的承載力。

根據材料的真實應力--應變曲線，提出以應變能函數為基礎，結合約束條件確定σk強化應力的原理。[3]利用這一原理，對壓力容器大變形計算中考慮材料和幾何非線性的壓力強化。同時，該容器在強化操作過程中的加載步驟下的應變，與數值計算結果吻合。對于加固后的壓力容器，通過實測塑性破壞壓力與設計壓力。結構構件由奧氏體不銹鋼制成，在中子輻照環境中具有耐腐蝕性，并能抑制應力腐蝕開裂和脆化。[4]從以下組中選擇至少一種添加劑：Ti大于0.2%，但不超過0.6%，Zr大于0.2%，但不超過1.14%，Hf大于0.2%，小于2.24%，V大于0.2%，小于0.64%，在含有Cr、Ni等元素的奧氏體不銹鋼中加入Nb大于0.5%但不超過1.17%和Ta大于0.5%但不超過2.27%，并表示至少有一種以固溶狀態存在。此外，鋼具有完全奧氏體結構，基本上不含碳化物。為了保持添加元素對輻照誘導的防偏析作用，C含量限制在0.01～0.008%，N含量限制在0.001～0.0%。[5]

3 結束語

化工壓力容器屬于是特殊設備的范圍，在制造的過程中需要對相關的工藝和技術深刻重視，特別是加強生產的工藝，在充分研究生產的技術基礎上，不斷完善裁掉的控制體系，加強制造過程中鋼材料的監督和控制。

參考文獻：

[1]毛國均，柴軍輝，錢盛杰，等.石油化工成套裝置壓力容器及壓力管道定期檢驗的基本要求和關注點[J].化工裝備技術，2020，41（4）：45-48.

[2]伊春梅.石油化工生產中壓力容器的常見腐蝕問題及對策[J].磚瓦世界，2019（24）：109.

[3]于瑞琪.壓力容器在石油化工生產中實際使用壽命的分析[J].中國化工貿易，2019，11（27）：193.

[4]紀俊亦.壓力容器在石油化工行業設計中的相關技術分析[J].中國化工貿易，2019，11（27）：78.

[5]李彥軍.壓力容器在石油化工行業設計中的相關技術分析[J].建筑工程技術與設計，2018（17）：1246.