壓力容器設計中的節能降耗措施分析

毛學峰

（煙臺國邦化工機械科技有限公司，山東 煙臺 264000）

壓力容器相對來說是一種比較特殊的設備，該設備在各制造行業得到廣泛應用。在使用過程中，壓力容器會產生相對較大的能耗，因此在設計過程中如何降低能源消耗成為了壓力容器應用行業所必須要關心的問題。對于壓力容器的設計來說，其工作內容非常復雜，而且具有很強的技術性，因此必須要在設計初期做好節能降耗方案，選擇合適的材料以及設計合理的結構，并且對各方面因素進行考慮，確保在不影響壓力容器功能的情況下能夠采用最簡化的設計來延長使用壽命。而且還需要盡量減少生產和制造時期的流程與工序，確保能夠減少檢測階段的壓力，能夠最大限度地保障壓力容器節能消耗得到控制。

1 壓力容器節能降耗設計的基本原則和需求

壓力容器對于工業生產以及項目建設的安全性非常重要，而且還會和相關工作人員的生命安全產生一定的關聯，所以關于壓力容器的設計是我國相關專業部門非常重視的內容，并且還根據相應的生產流程制定了相對完善的法律法規以及規范制度，從而確保生產流程能夠更加標準和規范。而且為了確保能夠滿足國家現階段節能環保以及可持續發展的重要發展策略，在針對壓力容器展開設計時也需要對能源消耗進行特別重視，要確保能夠充分滿足節能降耗的環保設計理念，確保能夠加強壓力容器的質量安全和可靠性，才能確保壓力容器的設計能夠滿足現代各行業節能降耗的根本需求。如圖1所示，展示了壓力容器所用鋼材的變化，也體現出了壓力容器節能降耗的重要性，有效的優化對于壓力容器資源消耗的控制非常有效。

圖1

對于壓力容器來說，從設計開始再到安裝和生產，每一個環節都需要進行嚴格的控制，并且根據相應的規范和條例來展開嚴格要求，以確保各個流程的嚴謹性和規范性能夠得到保障。在針對壓力容器展開設計時必須要根據實際的使用狀況，加上對質量安全等情況的需求，并且以節能降耗作為基本原則來完成相關的設計工作。而且還需要對壓力容器的設計環節需求進行充分的關注，首先，是要確保加強對設計數據的審核，更加精確的數據能夠有效控制設計成本，而且還能避免因為數據不精確而造成的方案錯誤問題，減少因為設計失誤而出現的不必要損失。其次，要嚴格按照方案中的設計需求來選擇更加合理的材料，如果需要針對特殊材料展開設計的話，也需要根據材料的特點等方面來采取相應的優化策略，要確保能夠發揮出材料本身的最大價值，保障在合理的范圍內加強材料的使用率以及控制好相應的成本。最后，則是要根據各方面因素來對壓力容器的內部設計展開優化，并且針對熱容器的各環節進行詳細的研究和分析，以確保能夠充分對其功能展開優化設計，利用提高換熱效率的方式來確保能夠對壓力容器進行充分的優化以及改進。

2 針對壓力容器設計各方面工作節能降耗的思考

2．1 設計過程中對于壓力容器節能降耗的思考

設計人員在針對壓力容器進行設計的時候必須要確保壓力容器具有極強的安全性和可靠性，同時還需要在各個方面考慮到壓力容器的生產制造成本，以保障壓力容器的經濟性。設計過程中一定要確定好壓力容器的設計參數，例如溫度、壓力和介質的特性等，一定要以這些數據作為基礎，計算出壓力容器的強度和剛度，讓數據能夠滿足壓力容器的強度和穩定性，同時還需要滿足厚度的需求和設定。若是在設計過程中設計條件制定較高的話，則極有可能造成材料浪費的情況。

設計師在設計圖樣中要對封頭下料的厚度以及成型的最小厚度做出明顯的標示，確保壓力容器設計在能夠滿足強度和使用年限規定需求的同時，還能確保實現節能降耗的效果。而在設計過程中也需要選擇最合適且有效的法蘭標準或者對法蘭參考尺寸的標準進行修改和計算。在針對壓力容器進行正常工作測試時會產生溫度上的變化，因此壓力容器需要具有保溫和降溫的功能，而在針對壓力容器保溫和降溫功能設計時需要確保該功能降溫的合理性，確保容器能夠有效實現該功能。若是壓力容器不采用合理的保溫或者降溫措施的話，則可能造成大量能源的消耗。在設計中大部分設計師都會利用在壓力容器外部設置保溫層的方式來減少空氣和壓力容器之間所產生的熱能交換情況，進而確保能夠有效減少能量的流失以及消耗。同時還需要對熱容器展開進一步優化來提高熱能轉換的效率，確保能夠滿足相關規定和需求。不銹鋼換熱器的介質如果沒有腐蝕性或者腐蝕性較小的話，只需要在設計制造時進行優化，并且采用薄壁來代替傳統常用的不銹鋼換熱管來提高導熱速率即可。在優化壓力容器換熱功能節能效果時，也可以利用超標準限值的大小換熱器振動預防結構，同時具有攪拌能力的壓力容器可以利用傳動結構設計來減少功率消耗，從而起到節能降耗的效果。

2．2 在制造工藝設計過程中對壓力容器節能降耗的思考

在針對壓力容器的制造工藝進行優化設計時需要充分考慮到節能環保的理念，在設計中可以利用簡便的直接氣割坡口工藝，而且必須要對相關圖紙、技術條件、工藝和工序的規定或者要求進行嚴格遵守。而在操作過程中可以利用技術較高的劃線以及氣割操作工，確保能夠熟練地在錐形封頭內來割出坡口線，并且氣割出能夠滿足標準的坡口。不然則可以利用數控鏜銑床回轉工作臺，利用圓柱形銑刀在錐形的封頭內外少量加工出坡口基孔的輪廓痕跡，同時根據內外痕跡來確定好氣割坡口和開口余量，這樣也能有效減少加工的成本，并且削短制造的周期。

2．3 在改造設計過程中對于節能降耗的思考

若是壓力容器出現提前報廢或者降壓使用的情況，都會造成大量人力和物力資源的消耗，而且有悖于節能環保的原則。還能夠針對具有使用價值的廢舊容器進行二次利用，以確保能夠減少加工的成本而避免材料浪費的情況，確保實現節能消耗的目標。在實際的生產過程中，隨著生產工藝的不斷升級以及新產品的研發，很多老舊的壓力容器和新生產要求會出現不兼容的情況，不過這些容器依然能夠繼續使用，若廢棄的話則會造成大量的浪費。而當前正在使用的壓力容器和大型壓力容器在進行水壓試驗時所消耗的水和電力資源非常大，會產生巨大的資源和能源消耗，對于壓力容器的基礎支撐也會產生不良影響，在針對沒有材質劣化的現役壓力容器進行定期檢測后，若是不需要進行大修大改的話，則可以不用展開水壓試驗，只需要對厚度和強度進行測量和校對即可。

3 壓力容器設計過程中節能降耗的相關措施

在對壓力容器的設計過程中必須要選擇最合理的方法來展開節能降耗的設計，要確保滿足現代化企業工作應用的原則來制定出更加完善的設計方案，確保能夠對各方面設計工作的關系進行協調，保障各個環節都能夠達成節能降耗設計的需求，具體相關措施可以采取以下方案。

3．1 選擇合適的原材料

在對壓力容器的設計材料展開選擇時，需要對設備的操作條件展開全面的分析，像是壓力容器設備在運行過程中所需的壓力、溫度、介質、焊接和工作性能等條件，要確保能夠滿足各方面的條件需求，才能確保材料選擇的經濟性以及合理性。

首先，壓力容器設備的剛度需求相對較高，因此設計工作人員在設計過程中應當合理地選擇普通碳素鋼作為原材料，并且將強度設計作為主要設計內容，同時根據設備的溫度、壓力以及介質的限制來選擇能滿足設備運行和操作要求的鋼板材料，避免因為盲目使用高性能材料而出現嚴重浪費的情況。其次，在介質腐蝕度相對較低而且腐蝕余量小于6mm時，可以采用碳素鋼作為材料；如果腐蝕余量高于6mm時，則需要采用耐腐蝕性相對較高的材料，或者可以增加碳素鋼的厚度來加強設備的抗腐蝕性能。第三，若在設計過程中不能使用碳素鋼材料的話，那在設計工作中若鋼材的厚度超過12mm的話，就必須采用復合結構形式或者堆焊結構形式來展開設計，一定要避免使用成本消耗高的合金鋼材料，從而減少不必要的成本以及材料浪費。第四，如果壓力容器的使用溫度在425～500℃之間，在設計的過程中不能使用不銹鋼材料，應當采用合金鋼材料進行設計和處理。而且在對設計材料進行選擇時，必須要根據壓力容器的工作環境進行全面的分析，比如壓力容器的使用環境中含有堿性程度較高的介質，則必須要避開對碳素鋼材料的使用，以減少因為碳素鋼被堿性物質腐蝕后出現安全事故，進而造成經濟上的損失。

3．2 對壓力容器結構設計的優化

對設計結構的優化是壓力容器設計過程中的重點工作之一，必須要確保對各方面展開合理的優化，并且遵循彈性失效的原則來整改常規的設計模式，就能確保避免出現應力分布不均勻的問題，還能有效對塑性失效的情況進行預防，以確保材料的負荷能力能夠滿足承載能力的需求，避免出現浪費材料和資源的情況。在針對壓力容器結構進行優化和設計的過程中，必須要針對壓力容器設備的開口應力以及疲勞的特點展開全面的分析和考察，以保障設備的經濟性以及安全性。而在對設備的綜合性能進行分析的過程中，一定要建立起合理的有限元軟件系統，確保能夠對結構進行進一步優化，避免出現應力值過大的情況。在優化結構設計的過程中還需要盡量減少壓力容器的壁厚，要確保能夠減少整體結構的重量，從而實現設計輕型化的目標，為優化節能降耗的設計打好堅實的基礎。

3．3 換熱器結構的優化和設計

換熱設備在壓力容器的節能降耗設計理念中非常重要，所以設計人員需要對選型和應用等工作進行不斷優化，確保整體的設計質量能夠得到顯著提升。

首先，要合理地選擇針對性的換熱器設備，要確保整體性能的完善，并且結合換熱器的操作特點以及設備的應用環境特點進行選擇更加科學的結構形式。比如利用浮頭類型的換熱器結構能夠針對管束展開更加合理的抽出處理，可以有效提升清洗工作的便捷性，非常適合利用于結構中經常會出現內漏的情況，所以相對來說可能會造成更多材料的消耗，因此并不能隨意使用。或者固定管板類型換熱器結構在使用過程中雖然能夠減少成本，但由于該結構對于環境溫差的需求相對較高，而且不能進行有效清洗，因此壽命也相對較短。所以設計人員應當對應用情況和環境進行更加全面以及更加嚴格的分析以及觀察，從而確保設備的合理設計。例如可以采用U形管換熱器設備來減少材料浪費的問題，而且為了能夠完善性能，還需要利用好絕緣材料，避免對設備的使用效果造成不利的影響。

其次，要確保傳熱元件的應用效率，確保換熱效率的提高，還能有效增加設備的應用價值。像是采用波紋管材料能夠在管道內部形成價值更高的傳熱模式，從而確保設備能源消耗量的降低，而且還能讓換熱構造結構更加簡化，確保工作可靠性以及有效性的提升，而且還能有效減少設備的重量以及建造成本，從而確保熱量能夠得到更加合理的傳遞。

最后，要合理應用換熱器，因此在使用換熱器的過程中需要融合先進的技術以及設備來對壓力容器的開發進行協調，一定要確保遵循技術性和應用性的原則。比如可以采用螺旋折流板類型的換熱器來讓折流板和殼體的角度呈現出一致性，從而降低殼體的能源消耗。

3．4 對舊設備的合理運用

為了確保在壓力容器設計過程中能夠有效達到節能降耗的效果，可以利用之前的舊設備來避免材料浪費的情況。可以根據壓力容器使用年限來適當使用臨近淘汰的設備，對機械壁厚和焊接質量展開檢測，確保能在符合性能的情況下進行處理。同時還需要對設備進行腐蝕泄漏處理，從而提高設備的二次使用價值。

4 結語

總的來說，在壓力容器的設計優化中需要對設備的節能降耗特點和需求進行全面分析，并且制定好合理的設計方案，從而確保能夠提高設備的節能降耗效果。