朱曉霞　張春宇

【摘 要】目前，我國正致力于進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)，其中包括對(duì)各項(xiàng)資源的節(jié)約。重型壓力容器輕量化則是資源節(jié)約當(dāng)中的重要舉措之一。目前，對(duì)我國重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)行研究的學(xué)者比較眾多，且已經(jīng)取得了一定研究成果。為了更好的分析重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)對(duì)壓力容器安全等方面造成的影響，本文主要從以下三個(gè)方面對(duì)目前的研究成果進(jìn)行了綜述。首先，對(duì)應(yīng)變強(qiáng)化工藝的應(yīng)用進(jìn)行了綜述；其次，對(duì)低合金高強(qiáng)鋼的應(yīng)用進(jìn)行了綜述；最后，對(duì)重型壓力容器強(qiáng)度安全系數(shù)調(diào)整方面的成果進(jìn)行了綜述。

【關(guān)鍵詞】重型壓力容器 輕量化設(shè)計(jì) 制造技術(shù)

現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度較快，世界的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)亦在不斷變化。為了加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各個(gè)國家均已經(jīng)開始對(duì)資源和能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以便保證對(duì)資源和能源進(jìn)行有效利用。就壓力容器的變化而言，其不僅逐漸變得介質(zhì)苛刻化，大型化，亦表現(xiàn)出了重型壓力容器的輕量化。在輕量化設(shè)計(jì)與制造當(dāng)中，諸多學(xué)者比較推崇采用更加先進(jìn)的工藝和材料，對(duì)強(qiáng)度安全系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。無論是制造工藝、材料，或者是強(qiáng)度安全系數(shù)的調(diào)整均存在諸多難度，需要對(duì)目前的研究狀態(tài)具有清晰的認(rèn)識(shí)。為此，本文從上述三個(gè)方面進(jìn)行了諸多研究成果的綜述。

1輕量化設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)變強(qiáng)化工藝

奧氏體不銹鋼是重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造中比較新型的材料之一，具有屈強(qiáng)比較低的特點(diǎn)。該材料在強(qiáng)度拉強(qiáng)的狀態(tài)下，仍舊能夠具有2.4倍左右的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)。但是，該強(qiáng)度的安全系數(shù)并不能夠完全發(fā)揮出自身的承載能力。為此，需要采用恰當(dāng)?shù)墓に囂幚恚M(jìn)一步提高奧氏體不銹鋼的屈強(qiáng)，進(jìn)而提高材料的利用率。

在該方面，我國學(xué)者劉農(nóng)基等（2015）在其研究當(dāng)中進(jìn)行了相關(guān)闡述。其認(rèn)為，在提高奧氏體不銹鋼的屈強(qiáng)，進(jìn)而提高材料的利用率方面，首先應(yīng)該對(duì)該材料的穩(wěn)定性與性能變化規(guī)律進(jìn)行研究，為應(yīng)變強(qiáng)化工藝奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，需要對(duì)該材料的幾何非線性與非線性進(jìn)行考慮，進(jìn)而建立初步的應(yīng)變強(qiáng)化工藝分析模型。此外，必須通過大量該材料的爆破壓力實(shí)驗(yàn)對(duì)其應(yīng)變強(qiáng)度的安全指數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過其細(xì)致的研究與實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過應(yīng)變強(qiáng)化工藝處理的奧氏體不銹鋼能夠具有3.7倍以上的容器強(qiáng)度，且容積、安全度均能夠有所保證[1]。

2輕量化設(shè)計(jì)中應(yīng)用低合金高強(qiáng)鋼

重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)制造當(dāng)中，在材料的選擇上可以選用低合金高強(qiáng)鋼。低合金高強(qiáng)鋼具有較低的成本，較高的性能，存在巨大優(yōu)勢(shì)。在輕量化設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用低合金高強(qiáng)鋼，將能夠使得重型壓力容器輕量化的設(shè)計(jì)主體壁厚被明顯減薄，同時(shí)降低鋼板的需求量。從該方面而言，應(yīng)用低合金高強(qiáng)鋼便具有極大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。我國現(xiàn)今已經(jīng)制定了相應(yīng)的鋼板標(biāo)準(zhǔn)要求，包括GB713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》、GB150-2011《壓力容器》等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。江慧豐等（2015）對(duì)常用的低合金高強(qiáng)鋼類型進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為其主要包括：Q370R鋼板，具有良好的韌性、強(qiáng)度和焊接性；13MnNiMoR鋼板，能夠在常溫或者中溫的高壓容器制造當(dāng)中有所應(yīng)用；Q345R鋼板，現(xiàn)今在重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)當(dāng)中的用量最大，能夠在控軋、熱軋、正火的狀態(tài)下進(jìn)行交貨；12Cr2MolR鋼板，具有高強(qiáng)度、良好的抗氫性能，能夠用于重油脫硫臨氫裝置反應(yīng)器以及加氫精制裂化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造中[2]。

雖然多種低合金高強(qiáng)鋼能夠在重型壓力容器輕量化的設(shè)計(jì)與制造中有所應(yīng)用，但是仍舊需要面對(duì)眾多比較苛刻的問題。例如，在應(yīng)用的過程中需要使用十分高超的焊接工藝，焊接后堅(jiān)決不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行冷處理，以避免出現(xiàn)生冷的裂紋。同時(shí)，在腐蝕的環(huán)境當(dāng)中比較容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的現(xiàn)象。因此，未來的研究當(dāng)中必須在降低低合金高強(qiáng)鋼應(yīng)力腐蝕性方面加大研究力度。

3調(diào)整重型壓力容器強(qiáng)度安全系數(shù)

任何一種重型壓力容器材料均具有相應(yīng)的強(qiáng)度安全系數(shù)。強(qiáng)度安全系數(shù)在設(shè)計(jì)制造容器時(shí)，能夠?qū)Σ牧系恼蹨p量進(jìn)行反映。具體的強(qiáng)度安全系數(shù)當(dāng)中包括設(shè)計(jì)材料的選擇、強(qiáng)度計(jì)算方法、檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)工藝、制作經(jīng)驗(yàn)、管理水平等多方面內(nèi)容。對(duì)材料的強(qiáng)度安全系數(shù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行合理的降低調(diào)整，將能夠有效實(shí)現(xiàn)重型壓力容器的輕量化。我國在重型壓力容器強(qiáng)度安全系數(shù)的研究方面已經(jīng)制定了諸多相關(guān)規(guī)定。其中包括《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，其中規(guī)定在調(diào)整容器強(qiáng)度安全系數(shù)時(shí)，應(yīng)該將其從原本的3.0調(diào)整至2.7。

但是，在強(qiáng)度安全系數(shù)的調(diào)整方面仍存在著一定的誤區(qū)。為此，周雪靜等（2015）在其研究中表示，對(duì)材料的強(qiáng)度安全系數(shù)進(jìn)行調(diào)整并非僅對(duì)壓力容器的壁厚進(jìn)行減薄。在調(diào)整的過程中必須對(duì)材料的選用、制造工藝、容器結(jié)構(gòu)、材料檢測(cè)、材料管理等多方面內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)[3]。由此方能夠保證調(diào)整制造后的重型壓力容器具有較高的質(zhì)量水平和安全水準(zhǔn)。

4結(jié)語

綜上所述，重型壓力容器輕量化是現(xiàn)今支持我國生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措之一。通過重型壓力容器輕量化，將能夠有效支持綠色設(shè)計(jì)與制造，并且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排。同時(shí)，有利于提高我國的重型壓力容器產(chǎn)品國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面與材料選用方面均能夠具有一定積極意義。雖然現(xiàn)今我國諸多研究當(dāng)中已經(jīng)能夠在重型壓力容器輕量化的應(yīng)變強(qiáng)化工藝、低合金高強(qiáng)鋼應(yīng)用、強(qiáng)度安全系數(shù)調(diào)整等方面取得一定的研究成果。但是，未來仍舊需要在重型壓力容器輕量化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)方面進(jìn)行更加深入的鉆研。爭(zhēng)取在保證重型壓力容器質(zhì)量與安全的條件下，提高所有產(chǎn)品的社會(huì)性能與經(jīng)濟(jì)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉農(nóng)基，聶潁新，陳崇剛 等.廣西石化渣油加氫反應(yīng)器輕量化設(shè)計(jì)制造[J].壓力容器，2015，08（01）：25-35.

[2]江慧豐.我國壓力容器用低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].熱加工工藝，2015，16（04）：16-19.

[3]周雪靜，段慶全，趙樂 等.裂紋型缺陷壓力容器適用性評(píng)價(jià)及軟件開發(fā)[J].石油和化工設(shè)備，2015，17（08）：17-20.