压力容器设计中的节能降耗策略探析

　　摘要：作为一项技术要求高、综合性比较强的设计工作，压力容器设计涉及到设计方案确定、结构确定、材料挑选以及能源消耗设计等诸多因素，尤其是节能降耗是新时期压力容器设计中需要考虑的首要原则，设计难度比较大，有待进行深入探讨。本文先对压力容器设计节能降耗要求进行了探讨，然后在此基础上提出了一些节能降耗措施。

　　关键词：压力容器；节能降耗；设计措施

　　在国民经济快速发展的背景下，无论是设计还是制造方面，国内压力容器行业均实现了快速发展，但是相较于国外还存在一定差距。为了有效提升国内压力容器设计的国际竞争力，就必须要顺应全球倡导的节能减排新理念，强化压力容器设计中的节能降耗性能。然而，压力容器设计中涉及到结构设计、材料选择等诸多环节，为了实现节能降耗的目标，就必须要从整体上进行科学设计。

　　1压力容器设计中节能降耗的基本要求

　　压力容器设计是一项技术性强、综合性高的工作，其设计质量直接决定着工业生产的安全性，所以国家相关方面高度重视压力容器设计工作，并制定了一系列相关的法规和标准来规范压力容器生产制造工作，尤其是能耗问题一直是压力容器设计的关键问题。从节能降耗角度来讲，压力容器设计的基本要求主要表现在如下几个方面：其一，要对设计数据进行严格审核，避免设计数据错误而造成不必要能源消耗；其二，选择恰当的材料，在压力容器设计过程中功能要求、安全性等要求满足实际需求的基础上，需要尽可能地选择一些节能性比较好的材料；其三，要注意对热换容器设计进行优化处理，尽可能地提升其换热效率，确保其具有充足的动力能源；其四，在进行压力容器设计的过程中，如果具有保冷、保温等特殊要求，则需要做好方案设计过程中的保冷措施或保温措施；其五，针对那些可以进行合理改造的压力容器设备，要尽可能地提升材料利用率来最大程度发挥材料的剩余价值。

　　2压力容器设计中节能降耗的基本措施

　　2.1优化压力容器结构

　　在压力容器设计期间，结合弹性失效准则的相关规定与要求可知会存在应力分布不均匀等一些无法切实解决的问题，这就可能会因不均匀的应力分布使最大应力点进入塑性，此时如果将其作为压力容器设计的相应失效依据，那么势必会低估压力容器材料的实际承载性能，也会耗费过多的设计材料，对压力容器结构的安全性产生影响，最终可能会增加压力容器设计成本。基于此，为了提升压力容器设计的合理性，就要注意优化压力容器结构，具体可以采取塑性失效准则的设计理念和方法，有效运用有限元软件来对压力容器结构进行优化，以便可以最大程度降低不连续的最大应力，这样可以最大程度发挥压力容器设计所用材料的承载性能，减少容器壁厚和容器设计材料，从而可以在提升压力容器设计经济性的基础上，达到节能降耗的目的。

　　2.2合理选择设计材料

　　在压力容器设计中，设计材料的选择也是决定其节能降耗的一个重要因素。在选择压力容器选材的过程中，需要充分考虑压力容器设计温度、压力与介质特性等设备操作条件，材料焊接及加工等实际情况，确保可以在满足上述使用条件的基础上，为了确保压力容器设计方案可以实现节能降耗目标，就需要确保所选择设计材料要具备良好的耐高温性、耐高压性与耐腐蚀性。在实际的压力容器选材期间，需要着重侧重如下几个原则：其一，针对侧重结构设计或刚度设计的压力容器设计场合，适宜采用普通碳素钢材料；如果选择以强度设计为主的压力容器设计，需要综合考虑介质、温度与压力等使用限制条件来尽量不选择那些高性能的钢板材料，避免会造成过多材料浪费。其二，针对处于腐蚀性环境中的压力容器设计，如果腐蚀余量小于6mm，那么尽可能采用碳素钢，否则就需要选择更加耐腐蚀性的材料，或者通过增加焊层来确保容器使用性能。其三，针对无法使用碳素钢材料或者无法承受腐蚀性介质的压力容器设计环境，如果钢材厚度>12mm，那么在选择结构形式的时候以堆焊、复合或衬里等形式，避免使用过多高合金钢这种昂贵的材料。其四，针对处于425℃～500℃设计条件时，要尽可能选择低合金钢等耐热钢材料。其五，在实际的压力容器材料选择期间，需要充分考虑容器使用环境，避免因不当选择造成过多经济损失或诱发安全事故。

　　2.3旧有设备循环利用

　　随着社会生产条件的提升，越来越多新技术、新工艺的诞生使得许多传统工艺逐渐趋于没落乃至淘汰，同时也有许多旧有生产设备因为无法满足新生产要求而被淘汰。但是这些被淘汰的许多设备依旧处于可以正常使用的状态，还没有达到规定的废弃标准，直接淘汰的选择势必会造成过多材料浪费，此时如果可以充分利用这些旧有的压力容器等相关设备，那么可能会在很大程度上实现节能降耗的目标。

　　2.4其他容器设计策略

　　除了上述几个节能降耗设计策略外，还可以通过合理选择热换器结构，采用高效传热元件，应用高效热换器，或者采取保温、保冷等措施来尽可能地避免压力容器在使用过程中出现大量热量损失；通过将隔热层设置在压力容器外部，也可以起到减少容器内外热量交换，减少热量损失的作用。

　　总之，压力容器设计是一项技术要求高，综合性比较强的工作，设计难度比较多，尤其是为了达到节能降耗的设计目标，就必须要在满足压力容器设计中节能降耗基本要求的基礎上，做好优化压力容器结构、合理选择设计材料、旧有设备循环利用等工作，以便全面增强压力容器设计的经济效益。

　　作者：胡云波

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