石玉春（中石化石油工程设计有限公司 机械设备设计所，山东 东营 257026）

浅谈高压容器设计

石玉春（中石化石油工程设计有限公司 机械设备设计所，山东 东营 257026）

以设计的一台高压容器为例，对高压容器设计过程中的材料选择、结构设计及对制造检验要求进行阐述。

高压容器；设计；材料；结构；技术要求

当今，在石油石化行业飞速发展的迅猛阶段，高压容器设备在行业中所占的地位越来越重要，高压容器被广泛应用于石油石化站场、工艺装置等的各个领域。它们不但要承受高压，而且还要受苛刻的工作温度影响。与此同时，许多高压设备容器还被广泛用于盛装易燃、易爆以及强腐蚀性的介质中。这些苛刻的介质工况对设计人员来是一种挑战，他们必须充分从介质工况出发，对材料、制造工艺、试验、检验等各个方面进行全方位的分析和比较，从设计安全和使用寿命等角度考虑设计出一个操作安全、经济合理、技术先进的设备。高压容器的设计，一般应考虑以下几点问题：正确的材料的选择、合理的结构设计和制造和检验中需要遵循的标准规范和技术要求。

1 工程实例

1.1 设计参数

以某项目中Pw9.0MPa，φ2000H=8100的重力分离器为例，其主要设计参数见表1：

表1 主要设计参数

1.2 正确的材料选择

高压容器的材料应综合多方面的因素，从以下几点做出考虑：

(1)所选材料应具有良好的机械性能，诸如塑韧性好，强度高，能够具备良好的制造加工工艺性能。

(2)所选材料应具有优良的耐腐蚀性能，诸如材料能够承受高的耐介质腐蚀的性能，除了不直接影响其使用寿命外，同时也不影响设备质量。

(3)除此之外，所选材料还应考虑节约材料成本和易于采购，以便降低总的设备投资，保证良好的材料的来源及供应。

一般压力容器设计中，所选用的材料有Q345R钢板和16Mn锻件，二者都属于低合金钢，具有良好的综合力学和工艺性能，材料来源广，价格适中，被广泛用于石油、石化等行业。

35CrMo和30CrMo属于优质合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳强度，高温下具有高的持久强度和蠕变强度，用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器的重要零件。

经过初步计算及综合考虑比较，这台重力分离器壳体主体材料选用Q345R(正火)，接管法兰材质为16MnⅢ，承压螺柱材料为35CrMo，螺母材料为30CrMo。

1.3 合理的结构要求

1.3.1 整体结构

高压容器的设计中既要考虑到生产的发展能制造出大壁厚的容器，又要设法尽力减小壁厚以便制造。

应从强度和密封这两方面综合高压容器的结构设计。可靠的强度和严密的密封是结构合理性的保障。在设计高压容器时，在容积一定的情况下，通过采用较大的高径比来满足要求。

这台重力分离器容积为21.1m3，设备内直径2000mm，筒体长6000mm，经计算筒体壁厚是58mm，在材料容易加工制造的范围内，故结构比较合适。

1.3.2 筒体和封头结构

高压容器设计一般采用“SW6”设计软件进行设计，一般的高压容器，其筒体和封头都比较厚重，因而先设计中出现了很多筒体结构形式。一般而言，按照筒体的组成结构分类可以把高压容器分为单层式和组合式两类。

设计人在选择筒体结构时，既要从容器安全性出发，又要从它的经济适用性考虑。一般筒体使用的安全性与制造材料的可靠性、制造加工工艺的成熟性、焊接方案和技术、热处理方法、试验检验等的因素和筒体的破坏特性相关联，然而筒体本身结构的经济合理性更和容器制造方法、材料利用率、容器生产效率、钢板原料的供应等有关。

在设计过程中综合考虑这以上因素，这台重力分离器筒体采用整体锻造结构。对于封头的结构而言，虽说半球形封头和椭圆形封头相比较，在同等的设计工况和条件下，所需要的壁厚较薄，但该重力分离器具有有保温，从封头和裙座连接处好做保温考虑，选用椭圆形结构的封头。

1.3.3 密封形式

优良的密封结构是保证高压容器的正常运转，不发生任何安全事故的可靠保障。

为了保证设备在工作中不泄露，安全有效的运行，必须保证密封的严密性。这台重力分离器筒体和封头是焊接而成，只有人孔处考虑垫片密封，根据工况垫片选用金属缠绕垫。

2 制造、检验需执行的技术要求

2.1 材料的要求

(1)受压元件所用钢板的化学成分，力学性能需符合GB/T713-2014《锅炉和压力容器钢板》的规定和要求，锻件需符合NB/T47008-2017《承压设备用碳素钢和低合金钢锻件》的规定和要求。钢板和锻件应正火状态供货，接管锻件还有符合III级要求。

(2)受压元件用钢板按照标准要求应逐张进行超声检测，方法按NB/T47013.2-2015的中的具体要求规定执行，合格等级不低于II级。

2.2 焊接要求

(1)焊接采用焊条电弧焊，具体实施中应严格执行焊接规程[3]的要求。

(2)所有受压元件焊接接头采用全截面焊透型式，焊缝表面不得存在咬边，所有内伸接管断面应打磨圆角。

2.3 无损检测要求

(1)容器中的A、B类焊接接头应进行100%射线检测，符合文献[4]II级合格。

(2)容器中的B类焊接接头应进行20%超声检测复验，符合文献[4]II级合格。

(3)容器中D类焊接接头表面用进行100%磁粉检测，符合文献[4]I级合格。

2.4 热处理要求

设备制造完毕并检测合格后应进行整体消除应力热处理，热处理前应将所有与设备相焊的连接件（包括铭牌支架等）焊于设备上，热处理后不得再在受压元件上进行施焊作业。

3 结语

设计和制造高压容器要考虑工艺性和经济性，为了设计出更加安全、合理、可靠的产品，高压容器设计必须要进行正确的材料选择、合理结构设计，从而设计出符合实际需求的设备。

[1]GB/T150.1～150.4-2011.压力容器.

[2]TSG 21-2016.固定式压力容器安全技术监察规程.

[3]NB/T47015-2011.压力容器焊接规程.

[4]NB/T47013.1～47013.6-2015.承压设备无损检测.