壓力容器大型化對企業設計制造水平提出更高要求

在目前一些正在設計或處于審批階段的煉油和煤液化項目中，需要一大批特大壓力容器設備。這些大型的壓力容器一方面對用材、設計、制造、檢驗、運輸和安裝提出了新要求，同時也為此行業帶來了新的發展機遇。

　　設備大型化對材料強度要求更高
　　設備大型化首先要求強度高的材料，以盡可能降低容器壁厚，達到減輕重量的目的，便于運輸和安裝。比如說加氫反應器的用材。由于加氫反應器直徑逐漸增大，其壁厚度有的已達到300mm以上，急需強度更高的材料。
　　從20世紀80年代開始，國際上就著手研制用釩改進的Cr－Mo鋼來代替普通的2.25Cr－1Mo鋼來制造大型加氫設備，并用開發成功的3Cr－1Mo－0.25V和2.25Cr－1Mo－0.25V鋼制造了幾十臺加氫設備，大部分已投入使用。
　　由于改進型Cr－Mo鋼設計應力強度比普通的2.25Cr－1Mo鋼高8％～10％，因此其設備重量也降低8％～10％。這對大型反應器來說意義重大。例如，一臺1500噸的反應器，減輕重量8％就是120噸，按一般銷售價每噸6萬元計算，就可節省資金720萬元，再考慮運輸和吊裝方面的因素，節省費用十分可觀。
　　采用分析設計法經濟效益顯著
　　為了盡量減輕設備的重量和確保使用安全性，對大型承壓設備往往需要采用以應力分析為基礎的設計方法。有的整體設備需要按分析設計規范進行設計，如加氫反應器等；有的設備就其總體而言可按常規設計規范進行設計，但其局部需進行詳細的應力分析，如某些大型立式容器的支座與筒體連接處、大開孔補強等。大型壓力容器采用分析設計方法具有明顯的經濟效益。例如，一個單重1000噸的加氫反應器按分析方法設計比常規方法設計可減輕設備重量約20％，節省投資1000萬～1200萬元。
　　迫切需要先進高效的制造技術
　　大型設備意味著規格大、器壁厚、重量大以及制造難度大和工作量大，因此制造技術的先進性、高效性顯得尤為重要。
　　首先是先進、高效的焊接技術。例如一臺大型貯罐，焊縫總長度達幾千米，提高焊接速度是保證按期完工的關鍵因素。因此，罐體圈板的縱焊縫廣泛采用一次成形的氣電立焊（EGW）技術，環焊縫采用埋弧自動焊橫焊技術。再比如大型加氫反應器，其壁厚可達300mm以上，一條焊縫要焊幾十道，甚至上百道。為減少焊接工作量，提高焊接速度，廣泛采用窄間隙單絲或雙絲埋弧自動焊方法。
　　目前我國很多承擔大型油罐建造的施工單位均掌握了一次成形的氣電立焊技術，并購置了相應焊接設備。大型石化設備制造廠基本都能熟悉地使用窄間隙單絲埋弧焊技術，但對窄間隙雙絲埋弧焊技術使用得還較少。
　　其次是鍛件空心澆注技術。大型加氫反應器絕大多數采用鍛焊結構，對于其筒形鍛件坯料的生產，國外一些公司采用空心澆注技術，而國內只能采用整體澆注技術。前者具有成材率高、加工量小、成本低的優點，具有強大的市場競爭力。
　　第三是現場組裝技術。對于一些大型加氫反應器由于運輸條件的限制，已不能完全在制造廠內制造，只能在制造廠先制成幾部分，然后再在使用現場進行組焊，這就為一些制造企業提供了商機。如我國第一重型機械集團公司為燕山石化公司現場組焊過2臺加氫反應器。2003年上半年，該公司又在大慶石化公司現場組焊了2臺500噸級的加氫反應器。
　　現場組焊技術中很重要的一項是熱處理，過去很多設備不能大型化主要是熱處理問題解決不了。近年來，國內企業做了不少嘗試，也從中獲得了可觀的經濟效益。如江蘇吳縣熱處理公司采用電熱帶式熱處理裝置對金山石化公司覫8400mm和上海高橋石化公司覫8800mm各2臺15CrMoR材質的焦炭塔進行了現場焊后熱處理，這些設備已投入使用。另一種方法是采用體內直接燃燒的加熱方式對焦炭塔進行現場熱處理，該技術已在吉林石化和齊魯石化付諸實踐。（作者為中國石化工程建設公司教授級工程師）