压力容器设计中的节能降耗措施分析

毛学峰

（烟台国邦化工机械科技有限公司，山东 烟台 264000）

压力容器相对来说是一种比较特殊的设备，该设备在各制造行业得到广泛应用。在使用过程中，压力容器会产生相对较大的能耗，因此在设计过程中如何降低能源消耗成为了压力容器应用行业所必须要关心的问题。对于压力容器的设计来说，其工作内容非常复杂，而且具有很强的技术性，因此必须要在设计初期做好节能降耗方案，选择合适的材料以及设计合理的结构，并且对各方面因素进行考虑，确保在不影响压力容器功能的情况下能够采用最简化的设计来延长使用寿命。而且还需要尽量减少生产和制造时期的流程与工序，确保能够减少检测阶段的压力，能够最大限度地保障压力容器节能消耗得到控制。

1 压力容器节能降耗设计的基本原则和需求

压力容器对于工业生产以及项目建设的安全性非常重要，而且还会和相关工作人员的生命安全产生一定的关联，所以关于压力容器的设计是我国相关专业部门非常重视的内容，并且还根据相应的生产流程制定了相对完善的法律法规以及规范制度，从而确保生产流程能够更加标准和规范。而且为了确保能够满足国家现阶段节能环保以及可持续发展的重要发展策略，在针对压力容器展开设计时也需要对能源消耗进行特别重视，要确保能够充分满足节能降耗的环保设计理念，确保能够加强压力容器的质量安全和可靠性，才能确保压力容器的设计能够满足现代各行业节能降耗的根本需求。如图1所示，展示了压力容器所用钢材的变化，也体现出了压力容器节能降耗的重要性，有效的优化对于压力容器资源消耗的控制非常有效。

图1

对于压力容器来说，从设计开始再到安装和生产，每一个环节都需要进行严格的控制，并且根据相应的规范和条例来展开严格要求，以确保各个流程的严谨性和规范性能够得到保障。在针对压力容器展开设计时必须要根据实际的使用状况，加上对质量安全等情况的需求，并且以节能降耗作为基本原则来完成相关的设计工作。而且还需要对压力容器的设计环节需求进行充分的关注，首先，是要确保加强对设计数据的审核，更加精确的数据能够有效控制设计成本，而且还能避免因为数据不精确而造成的方案错误问题，减少因为设计失误而出现的不必要损失。其次，要严格按照方案中的设计需求来选择更加合理的材料，如果需要针对特殊材料展开设计的话，也需要根据材料的特点等方面来采取相应的优化策略，要确保能够发挥出材料本身的最大价值，保障在合理的范围内加强材料的使用率以及控制好相应的成本。最后，则是要根据各方面因素来对压力容器的内部设计展开优化，并且针对热容器的各环节进行详细的研究和分析，以确保能够充分对其功能展开优化设计，利用提高换热效率的方式来确保能够对压力容器进行充分的优化以及改进。

2 针对压力容器设计各方面工作节能降耗的思考

2．1 设计过程中对于压力容器节能降耗的思考

设计人员在针对压力容器进行设计的时候必须要确保压力容器具有极强的安全性和可靠性，同时还需要在各个方面考虑到压力容器的生产制造成本，以保障压力容器的经济性。设计过程中一定要确定好压力容器的设计参数，例如温度、压力和介质的特性等，一定要以这些数据作为基础，计算出压力容器的强度和刚度，让数据能够满足压力容器的强度和稳定性，同时还需要满足厚度的需求和设定。若是在设计过程中设计条件制定较高的话，则极有可能造成材料浪费的情况。

设计师在设计图样中要对封头下料的厚度以及成型的最小厚度做出明显的标示，确保压力容器设计在能够满足强度和使用年限规定需求的同时，还能确保实现节能降耗的效果。而在设计过程中也需要选择最合适且有效的法兰标准或者对法兰参考尺寸的标准进行修改和计算。在针对压力容器进行正常工作测试时会产生温度上的变化，因此压力容器需要具有保温和降温的功能，而在针对压力容器保温和降温功能设计时需要确保该功能降温的合理性，确保容器能够有效实现该功能。若是压力容器不采用合理的保温或者降温措施的话，则可能造成大量能源的消耗。在设计中大部分设计师都会利用在压力容器外部设置保温层的方式来减少空气和压力容器之间所产生的热能交换情况，进而确保能够有效减少能量的流失以及消耗。同时还需要对热容器展开进一步优化来提高热能转换的效率，确保能够满足相关规定和需求。不锈钢换热器的介质如果没有腐蚀性或者腐蚀性较小的话，只需要在设计制造时进行优化，并且采用薄壁来代替传统常用的不锈钢换热管来提高导热速率即可。在优化压力容器换热功能节能效果时，也可以利用超标准限值的大小换热器振动预防结构，同时具有搅拌能力的压力容器可以利用传动结构设计来减少功率消耗，从而起到节能降耗的效果。

2．2 在制造工艺设计过程中对压力容器节能降耗的思考

在针对压力容器的制造工艺进行优化设计时需要充分考虑到节能环保的理念，在设计中可以利用简便的直接气割坡口工艺，而且必须要对相关图纸、技术条件、工艺和工序的规定或者要求进行严格遵守。而在操作过程中可以利用技术较高的划线以及气割操作工，确保能够熟练地在锥形封头内来割出坡口线，并且气割出能够满足标准的坡口。不然则可以利用数控镗铣床回转工作台，利用圆柱形铣刀在锥形的封头内外少量加工出坡口基孔的轮廓痕迹，同时根据内外痕迹来确定好气割坡口和开口余量，这样也能有效减少加工的成本，并且削短制造的周期。

2．3 在改造设计过程中对于节能降耗的思考

若是压力容器出现提前报废或者降压使用的情况，都会造成大量人力和物力资源的消耗，而且有悖于节能环保的原则。还能够针对具有使用价值的废旧容器进行二次利用，以确保能够减少加工的成本而避免材料浪费的情况，确保实现节能消耗的目标。在实际的生产过程中，随着生产工艺的不断升级以及新产品的研发，很多老旧的压力容器和新生产要求会出现不兼容的情况，不过这些容器依然能够继续使用，若废弃的话则会造成大量的浪费。而当前正在使用的压力容器和大型压力容器在进行水压试验时所消耗的水和电力资源非常大，会产生巨大的资源和能源消耗，对于压力容器的基础支撑也会产生不良影响，在针对没有材质劣化的现役压力容器进行定期检测后，若是不需要进行大修大改的话，则可以不用展开水压试验，只需要对厚度和强度进行测量和校对即可。

3 压力容器设计过程中节能降耗的相关措施

在对压力容器的设计过程中必须要选择最合理的方法来展开节能降耗的设计，要确保满足现代化企业工作应用的原则来制定出更加完善的设计方案，确保能够对各方面设计工作的关系进行协调，保障各个环节都能够达成节能降耗设计的需求，具体相关措施可以采取以下方案。

3．1 选择合适的原材料

在对压力容器的设计材料展开选择时，需要对设备的操作条件展开全面的分析，像是压力容器设备在运行过程中所需的压力、温度、介质、焊接和工作性能等条件，要确保能够满足各方面的条件需求，才能确保材料选择的经济性以及合理性。

首先，压力容器设备的刚度需求相对较高，因此设计工作人员在设计过程中应当合理地选择普通碳素钢作为原材料，并且将强度设计作为主要设计内容，同时根据设备的温度、压力以及介质的限制来选择能满足设备运行和操作要求的钢板材料，避免因为盲目使用高性能材料而出现严重浪费的情况。其次，在介质腐蚀度相对较低而且腐蚀余量小于6mm时，可以采用碳素钢作为材料；如果腐蚀余量高于6mm时，则需要采用耐腐蚀性相对较高的材料，或者可以增加碳素钢的厚度来加强设备的抗腐蚀性能。第三，若在设计过程中不能使用碳素钢材料的话，那在设计工作中若钢材的厚度超过12mm的话，就必须采用复合结构形式或者堆焊结构形式来展开设计，一定要避免使用成本消耗高的合金钢材料，从而减少不必要的成本以及材料浪费。第四，如果压力容器的使用温度在425～500℃之间，在设计的过程中不能使用不锈钢材料，应当采用合金钢材料进行设计和处理。而且在对设计材料进行选择时，必须要根据压力容器的工作环境进行全面的分析，比如压力容器的使用环境中含有碱性程度较高的介质，则必须要避开对碳素钢材料的使用，以减少因为碳素钢被碱性物质腐蚀后出现安全事故，进而造成经济上的损失。

3．2 对压力容器结构设计的优化

对设计结构的优化是压力容器设计过程中的重点工作之一，必须要确保对各方面展开合理的优化，并且遵循弹性失效的原则来整改常规的设计模式，就能确保避免出现应力分布不均匀的问题，还能有效对塑性失效的情况进行预防，以确保材料的负荷能力能够满足承载能力的需求，避免出现浪费材料和资源的情况。在针对压力容器结构进行优化和设计的过程中，必须要针对压力容器设备的开口应力以及疲劳的特点展开全面的分析和考察，以保障设备的经济性以及安全性。而在对设备的综合性能进行分析的过程中，一定要建立起合理的有限元软件系统，确保能够对结构进行进一步优化，避免出现应力值过大的情况。在优化结构设计的过程中还需要尽量减少压力容器的壁厚，要确保能够减少整体结构的重量，从而实现设计轻型化的目标，为优化节能降耗的设计打好坚实的基础。

3．3 换热器结构的优化和设计

换热设备在压力容器的节能降耗设计理念中非常重要，所以设计人员需要对选型和应用等工作进行不断优化，确保整体的设计质量能够得到显著提升。

首先，要合理地选择针对性的换热器设备，要确保整体性能的完善，并且结合换热器的操作特点以及设备的应用环境特点进行选择更加科学的结构形式。比如利用浮头类型的换热器结构能够针对管束展开更加合理的抽出处理，可以有效提升清洗工作的便捷性，非常适合利用于结构中经常会出现内漏的情况，所以相对来说可能会造成更多材料的消耗，因此并不能随意使用。或者固定管板类型换热器结构在使用过程中虽然能够减少成本，但由于该结构对于环境温差的需求相对较高，而且不能进行有效清洗，因此寿命也相对较短。所以设计人员应当对应用情况和环境进行更加全面以及更加严格的分析以及观察，从而确保设备的合理设计。例如可以采用U形管换热器设备来减少材料浪费的问题，而且为了能够完善性能，还需要利用好绝缘材料，避免对设备的使用效果造成不利的影响。

其次，要确保传热元件的应用效率，确保换热效率的提高，还能有效增加设备的应用价值。像是采用波纹管材料能够在管道内部形成价值更高的传热模式，从而确保设备能源消耗量的降低，而且还能让换热构造结构更加简化，确保工作可靠性以及有效性的提升，而且还能有效减少设备的重量以及建造成本，从而确保热量能够得到更加合理的传递。

最后，要合理应用换热器，因此在使用换热器的过程中需要融合先进的技术以及设备来对压力容器的开发进行协调，一定要确保遵循技术性和应用性的原则。比如可以采用螺旋折流板类型的换热器来让折流板和壳体的角度呈现出一致性，从而降低壳体的能源消耗。

3．4 对旧设备的合理运用

为了确保在压力容器设计过程中能够有效达到节能降耗的效果，可以利用之前的旧设备来避免材料浪费的情况。可以根据压力容器使用年限来适当使用临近淘汰的设备，对机械壁厚和焊接质量展开检测，确保能在符合性能的情况下进行处理。同时还需要对设备进行腐蚀泄漏处理，从而提高设备的二次使用价值。

4 结语

总的来说，在压力容器的设计优化中需要对设备的节能降耗特点和需求进行全面分析，并且制定好合理的设计方案，从而确保能够提高设备的节能降耗效果。