探讨石油化工压力容器钢的选用

王旭阳

摘 要：石油化工工业对促进国民经济发展具有重要作用，在石油化工工业的发展进程中，石油化工压力容器的设备选材十分重要。由于材料性能对于设备使用寿命和质量具有重大影响。因此，必须重视设备的选材问题。本文探讨了石油化工行业压力容器设备选材的相关注意事项，以便为从事相关工作的人员提供相应的指导。

关键词：石油化工;压力容器;钢的选用

0 引言

在石油化工容器中，材料的选择是非常重要的，我们必须要选择材料性能优良的原料，这样才可以强化设计的技术含量，从而保障化工压力容器的安全性能。具体来说，我们在进行化工压力容器材料选择的时候，需要对于各种问题做好分析，保障化工压力容器的正常运作。

1 石油化工压力容器的现状

炼油厂和石油化工厂使用的工艺气体（通常在相当高的压力下）必须以最安全可靠的方式进行处理和控制。因此，所有含气部件必须为此目的进行精确设计。特别是，在往复式压缩机设备中，压力脉动是不可避免的，但其发生和影响可以通过适当的压力容器设计、管道布局、支架等来控制。脉动瓶的适当尺寸实际上是确定往复式压缩机设备系统的关键步骤。确定脉动瓶的体积、形状和类型是设计的第一步。然后根据规范要求进行机械设计。在某些情况下，可能还需要计算瓶内构件上产生的应力，以及低周疲劳分析。一旦确定了脉动瓶，就可以通过有限元模型（包括气缸、吸入和排出瓶以及相关支架）进行振动分析。

工业上通常使用圆柱形压力容器或立式反应塔来输送高压和高温下的液体和气体。石油化工中高温高压下工作的设备和管道，以及氢的存在，通常都是用Cr-Mo钢制造的。替代Cr5Mo的Cr9Mo管材广泛应用于高硫原油精炼设备的许多部位，以满足更高要求的高温防腐和抗氧化要求。国产Cr9Mo钢的力学性能、蠕变断裂性能和高温抗氧化性能与国外同类产品相当。三年的应用表明，国产Cr9Mo钢完全能满足石化行业的要求。

压力容器用于工业和私营部门的各种应用。压力容器的例子有潜水缸、蒸馏塔、高压釜以及炼油厂和石化厂中的许多其他容器。压力容器设计中存在的问题是压力容器底部控制质量流量的孔在结构和热方面都是薄弱环节。近年来，随着国家电力需求的快速增长和节能环保要求的进一步提高和发展，高容量、高效率的超超临界火电机组参数是当前的主流趋势。TP347H奥氏体耐热钢具有良好的高温抗氧化性能。抗蠕变、晶间腐蚀、焊接和冷热加工已广泛应用于电厂维修和国内主要超临界电站锅炉。冷加工是无缝钢管生产中的重要环节。

针对TP347H钢管在高压锅炉上的应用，通过研究钢管在室温和固溶状态下的冷休眠对晶粒尺寸和力学性能的影响，为TP347H钢管冷态工艺的发展提供了合理的支持。通过研究发现，随着冷尺寸的增加，钢的晶粒变薄，在黄玉中出现线滑移。通过对石油化工压力容器用钢（16MnR）在高温下的力学性能测试，确定了300℃下的概率分布，发现了平均电阻值与温度的关系，得到了二维随机分布的概率密度函数通过获得的综合数据，对16MnR的屈服强度进行了初步的推导，并利用上述结果给出了计算实例。

作者还提出了温度和力学性能均为随机变量的石油化工压力容器可靠性设计的二维设计模型。当冷态尺寸达到15%～20%时，室温与屈服强度和强度流动相同。在固液混合条件下，管道中的滑移随冷度的增大而消失，室温与屈服强度和强度的流动相同。轨道相同的薄，屈服的力量和力量，并拉出一切可能。在相同的温度下，随着冷度的增大，屈服强度对强度的形状变化不明显，伸长段的变化规律也不明显。在与形状相同的量下，Keola的温度升高，屈服强度高，拉出强度降低。[1]

2 石油化工压力容器钢的选用

2.1 新型压力容器专用材料的选用

值得注意的是新世纪纳米技术正在试制出轻质、高强度、热稳定的新型材料，甚至能自动修复磨损或裂纹等缺陷的智能材料。选用这类材料进行加工成形时，不再是传统的“去材法”或“变形法”制造理念，而是运用“增材法”制造理念，这样既大大节省了原材料，降低了环境污染，又可使不同材料层起到不同的特殊功能。容器设计一般当容器设计厚度大于12mm时，就应该考虑选用复合材料的可能性。

选用复合板作为压力容器筒体材料时，应根据介质的特性选用不同材料类型的复合板。钛--钢复合板由于其优良的耐腐蚀性能和较低的钢材成本，在压力容器等领域的应用越来越广泛。为了促进钛钢复合板生产的标准化，对爆炸焊接、爆炸+轧制和真空轧制的机理进行了综合分析。通过对制造工艺和工艺参数的比较，三种制造工艺的界面和性能的点差异。同时，对三种复合材料板的性能进行了测试。结果表明：爆炸焊接复合板适用于高压和超高压容器，爆炸+軋制复合板适用于中高压容器，真空轧制复合板适用于低压容器。[2]

2.2 奥氏体不锈钢材料

奥氏体不锈钢具有良好的延展性和高应变硬化性。当钢在拉力下加载到超过其验证强度的应力σk，然后卸载时，将产生永久塑性延伸率。如果钢再次加载，它将保持弹性到这个更高的应力。应变硬化的这一特性为通过压力强化提高钢材的许用应力提供了空间。在实际应用中，成品容器通过内压加载至σk的强化应力，远高于材料的强度，大大提高了容器的承载力。

根据材料的真实应力--应变曲线，提出以应变能函数为基础，结合约束条件确定σk强化应力的原理。[3]利用这一原理，对压力容器大变形计算中考虑材料和几何非线性的压力强化。同时，该容器在强化操作过程中的加载步骤下的应变，与数值计算结果吻合。对于加固后的压力容器，通过实测塑性破坏压力与设计压力。结构构件由奥氏体不锈钢制成，在中子辐照环境中具有耐腐蚀性，并能抑制应力腐蚀开裂和脆化。[4]从以下组中选择至少一种添加剂：Ti大于0.2%，但不超过0.6%，Zr大于0.2%，但不超过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等元素的奥氏体不锈钢中加入Nb大于0.5%但不超过1.17%和Ta大于0.5%但不超过2.27%，并表示至少有一种以固溶状态存在。此外，钢具有完全奥氏体结构，基本上不含碳化物。为了保持添加元素对辐照诱导的防偏析作用，C含量限制在0.01～0.008%，N含量限制在0.001～0.0%。[5]

3 结束语

化工压力容器属于是特殊设备的范围，在制造的过程中需要对相关的工艺和技术深刻重视，特别是加强生产的工艺，在充分研究生产的技术基础上，不断完善裁掉的控制体系，加强制造过程中钢材料的监督和控制。

参考文献：

[1]毛国均，柴军辉，钱盛杰，等.石油化工成套装置压力容器及压力管道定期检验的基本要求和关注点[J].化工装备技术，2020，41（4）：45-48.

[2]伊春梅.石油化工生产中压力容器的常见腐蚀问题及对策[J].砖瓦世界，2019（24）：109.

[3]于瑞琪.压力容器在石油化工生产中实际使用寿命的分析[J].中国化工贸易，2019，11（27）：193.

[4]纪俊亦.压力容器在石油化工行业设计中的相关技术分析[J].中国化工贸易，2019，11（27）：78.

[5]李彦军.压力容器在石油化工行业设计中的相关技术分析[J].建筑工程技术与设计，2018（17）：1246.