3.4　压力容器选材原则

压力容器用材料除了应符合GB/T 150.2—2011的规定，在选择压力容器材料时，还应综合考虑以下因素：

（1）压力容器操作条件

如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点等。

（2）材料的使用性能

如力学性能、物理性能、化学性能等。

（3）材料的加工工艺性能

如焊接性能、热处理性能等。

（4）经济合理性及容器结构

如材料价格、制造费用和使用寿命等。

（5）选材方法

除上述选材原则外，设计中推荐采用的选材方法如下：

①所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢和低合金钢之间，优先选用碳素钢钢板（多层容器用材除外）；

②在以强度设计为主时，应根据材料对压力、温度、介质等的使用限制，依次选用Q245R、Q345R、13MnNiMoR等钢板；在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢；高压容器应优先选用低合金、高中强度钢；

③所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构型式；另外，不锈钢尽量不做设计温度小于500℃的耐热用钢；

④温度不低于-100℃的低温用钢，应尽可能采用无镍铬铁素体钢，以代替镍铬不锈钢和有色金属；中温用钢（温度不超过500℃）可采用含钼或铝的中、高强度钢，以代替Cr-Mo钢；

⑤在有强腐蚀介质的情况下，要积极试用无镍、铬或少镍、铬的新型合金钢；对要求耐大气腐蚀和海水腐蚀的场合，应尽量采用我国自己研制的含铜和含磷等钢种；

⑥碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压或低压容器、厚度不大的中压容器、锻件、承压钢管、非受压元件以及其他由刚性和结构因素决定厚度的场合；

⑦低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强、厚度较大（≥8mm）的受压容器；

⑧珠光体耐热钢用作抗高温、抗氢或硫化氢腐蚀，或设计温度为350～650℃的压力容器用耐热钢；

⑨不锈钢用于介质腐蚀性较强（电化学腐蚀、化学腐蚀）及防铁离子污染时的耐腐蚀用钢，以及设计温度大于500℃或小于-100℃的耐热或低温用钢；

⑩用作设备法兰、管法兰、管件、人孔、液面计等化工设备标准零部件的钢材，应符合有关零部件的国家标准、行业标准对钢材的技术要求。

【例3-1】　一直径800mm的储罐，用于盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝的液氨，使用地点位于哈尔滨，试为该储罐选择合适的材料。

【例题解答】

（1）查询介质特性

液氨对大多数钢材的腐蚀作用很小。

（2）确定使用工况参数

氨气冷凝时的压力一般在0.9～1.4MPa范围内。由于液氨储罐大多露天放置，因此储罐内液氨的温度和压力直接受大气温度的影响。夏季储罐经太阳暴晒，温度可达40℃或更高，这时氨的饱和蒸气压为1.554MPa；冬季哈尔滨月平均最低气温约为-24℃，此时氨的饱和蒸气压为0.159MPa左右。因此储罐的操作压力和温度是波动的。

根据TSG 21—2016《固容规》的规定，液氨储罐的工作压力按50℃时液氨的饱和蒸气压确定，即为2.033MPa。

（3）选择材料

根据上述分析可知，该储罐属于中压、低温容器，同时压力和温度有波动。对材料的要求是耐压、耐低温，且抗压力波动。由于直径为800mm，故需要选择板材。根据选材原则，应优先选用低合金钢钢板，如Q345R等。

【结果分析及点评】

①明确介质特性及操作条件是选材的前提。

②选材首先要符合法规、标准等规定。

【例3-2】　一容量40m3的储罐，用于盛装常温、常压98%的浓硫酸。间歇操作，通蒸汽清洗，请问该储罐如何选材。

【例题解答】

（1）查询介质特性

硫酸腐蚀性有两大特点：一是稀硫酸在一定温度下对碳钢的腐蚀速率随浓度提高而增加，但达到一定浓度后，腐蚀速率随浓度的提高而急剧下降；二是同一浓度的硫酸随着温度的升高，腐蚀大大增加。

（2）确定使用工况参数

盛装浓硫酸时的操作条件为常压、常温。当通蒸汽吹扫时，压力为常压，温度为吹扫蒸汽的温度，一般低于200℃。

（3）选择材料

根据表3-2，碳钢、18-2不锈钢均耐浓硫酸腐蚀。18-8不锈钢虽然满足耐腐蚀要求，但价格高，如此大容器的储罐，若全部用18-8不锈钢造价过高，不宜选用。碳钢虽然耐浓硫酸腐蚀，但由于储罐为间歇操作，一旦采用蒸汽吹扫时，罐内残留的浓硫酸被蒸汽稀释，变为稀硫酸。而碳钢不能耐稀硫酸腐蚀，故也不能直接应用。

综上，该储罐最佳的选材方案为采用碳钢如Q235制作外壳以满足强度要求，内部采用耐腐蚀衬里如橡胶、玻璃钢等解决稀硫酸腐蚀问题。

【结果分析及点评】

①经济性是选材必须考虑的一个因素。

②单一选材无法满足要求时，可考虑复合结构。