压力容器的材料代用(yòng)是什么？

  需注意以下事项

  材料代用(yòng)规定

  在设备的设计和制造过程中,常常受到材料的采購(gòu)和选择困难或者是处于在经济上的不足考虑和分(fēn)析,材料代用(yòng)在压力容器的设计中广泛应用(yòng)。《固定式压力容器安全技术监督规程》在压力容器材料代用(yòng)中做了明确的规定,在其设计和制造中,主要要求是通过压力容器的承压部件材料的选择中要和被代用(yòng)的材料不仅外形质量相似,而且要充分(fēn)考虑材料的化學(xué)成分(fēn)、尺寸标准、性能(néng)指标和监测方式进行合理(lǐ)的代用(yòng)。材料代用(yòng)最基本的原则是:在代用(yòng)中要杜绝各种指标不达标材料的应用(yòng),严格确保材料质量和达到绝对保证,在技术上代用(yòng)材料的技术要求不能(néng)够低于被代用(yòng)材料,可(kě)以通过多(duō)种材料选择方式对材料进行检测和测试。

  材料代用(yòng)的手续要求為(wèi):

  (1)容器承压部件的代用(yòng)要严格进行,须经由代用(yòng)单位技术部门的批准并上报代用(yòng)材料的复检报告或质量证明,由主管负责人核准批复;

  (2)必须在获得原设计单位的允许并拿(ná)到证明文(wén)件后,才可(kě)以在压力容器制造时进行材料代用(yòng);

  (3)压力容器的设计图、施工图以及出厂时的质量证明书中要细致标注代用(yòng)材料的规格部位、材质和规格。

  以优代劣

  压力容器所用(yòng)的全部金属材料要具有(yǒu)优良的性能(néng),包括材料的力學(xué)性能(néng)、耐腐蚀性、耐高温性和制作工艺等。每一种材料的性能(néng)都是固定不变的从性能(néng)比较的角度出发,常常会出现材料间的“优”和“劣”的问题。但每种压力容器对对材料性能(néng)的要求在不同情况下也是不一样的,所以,材料代用(yòng)中的“优”与“劣”判断从实际出发,具體(tǐ)问题具體(tǐ)分(fēn)析。下面,筆(bǐ)者基于自身工作经验,主要探讨了几种典型的“以优代劣”问题。

  2.1 压力容器制作中,在强度、力學(xué)特征等机械能(néng)方面,其常用(yòng)到的低合金钢尽管明显优于碳素钢,但其冷加工性能(néng)与可(kě)焊性都比不过碳素钢。一般来说,强度级别高的,其冷加工性能(néng)与可(kě)焊性就较差,二者负相关。所以在进行这方面的代用(yòng)时,应相应调整焊接工艺,在热处理(lǐ)时也可(kě)能(néng)会有(yǒu)相应变化,应给予充分(fēn)重视。

  2.2材料代用(yòng)时进行细致、周全的考虑,否则压力容器实际使用(yòng)中可(kě)能(néng)会出现各种安全隐患。比如处于湿硫化氢环境下及存在应力腐蚀开裂风险的设备中,容器对应力腐蚀开裂地敏感性随容器使用(yòng)的钢材的强度级别的提高而增大,二者正相关。此时若将20R和Q235和20R系列的钢材用(yòng)16MnR等低合金钢待用(yòng)就极易产生问题,因此,此类“以优代劣”行径在原则是行不通的,应当被禁止。镇静钢在许多(duō)性能(néng)方面上,镇静钢都比沸腾钢要更占优势,但在搪玻璃容器制造时,镇静钢的搪瓷效果反而不如沸腾钢好。

  2.3 一般来说, 不锈钢的耐腐蚀性较出色但在含有(yǒu)氯离子的环境下,其耐腐蚀性却不如低合金钢和碳素钢。

  2.4 和普通不锈钢相比,超低碳不锈钢虽然具有(yǒu)价格优势和良好的耐腐蚀性,但前者的高温热强性却更為(wèi)出色。一般情况下,為(wèi)了提高耐腐蚀性,需降低炭含量,而為(wèi)了提高高温性,则要提高炭的含量。故而,此种情况下的“以优代劣”,要尤其精确设计设备温度,如有(yǒu)必要,应当重新(xīn)计算。

  以厚代薄

  “以厚代薄”常常使从平面应力状壳體(tǐ)的受力态转变為(wèi)平面应变状态,这对容器受力状态来说,是有(yǒu)百害而无一利的,通常情况下,厚壁容器比薄壁容器更容易产生三向拉应力,进而产生平面应变脆性断裂。

  3.1 对原设计中封头和筒體(tǐ)间等厚焊接的容器,若对容器壳體(tǐ)的个别部件进以厚代薄,很(hěn)容易增加壳體(tǐ)的几何不连续情况,从而使封头和简體(tǐ)间的连接部位受到的局部应力增加,此时,对于有(yǒu)应力腐蚀倾向的容器来说,会造成很(hěn)大的损害。可(kě)能(néng)会导致疲劳裂纹,严重的可(kě)能(néng)造成疲劳断裂。

  3.2 在厚板替代薄板时,常常导致连接结构发生相应改变,例如,简體(tǐ)与加厚的封头连接时,通常需要对封头进行削边处理(lǐ)。对以管道為(wèi)主要简體(tǐ)构成的设备,若增加筒壁厚度,在封头与简體(tǐ)的连接部位也须对简體(tǐ)侧实施内削边处理(lǐ)。在厚度增加较大时,往往也关系到焊接工艺的变化。

  3.3 容器壳體(tǐ)整體(tǐ)层面上的“以厚代薄”,虽然并不会造成简體(tǐ)连接处和封头的局部应力增加,但不了避免地,仍会导致不良影响。(1)厚度增加后,原来的壳體(tǐ)设计中的探伤方式和焊接工艺也要进行相应的改变,增加难度;(2)壳體(tǐ)厚度的增加必然使容器的重量加大,当容器重量增加过大时,必然会对容器的基础和支座产生不利影响;(3)对壳體(tǐ)同时具有(yǒu)传热作用(yòng)的容器,壳體(tǐ)厚度的增加肯定会影响其传热效果。

  其他(tā)注意事项

  进行材料代用(yòng)时, 应根据实际用(yòng)材情况对焊接工艺进行适当的调整,一般调整原则為(wèi):用(yòng)高级材料替代低级材料时,实验和验收仍可(kě)采用(yòng)低级材料的标准,不用(yòng)提高标准;不同材料的耐高温性、韧度等性能(néng)不同时, 进行最低水压实验时, 其相应的温度也可(kě)能(néng)发生改变,此时,要严格按 GB150 的相关规定执行;当板厚增加超过 GB150所规定的冷卷厚度时,一定要对筒體(tǐ)进行消除应力的热处理(lǐ);钢板的厚度达到一定水平时,还需要进行超声探伤,必要时,提高水试验的压力。

  5结论通过刚才為(wèi)主要的材料主體(tǐ)进行压力容器设计和制造是当前容器应用(yòng)的基础,更是在压力容器的材料代用(yòng)中性能(néng)要求合理(lǐ)和中要难点。在材料的机械性能(néng)要求上,在考两次材料强度的同时,也应考虑其韧性,在韧性满足的条件下,则应尽可(kě)能(néng)提高其强度。从这个角度上来说,在压力容器材料选择上要正确界定“优”和“劣”,不要单纯的从材料的厚度和强度来考虑,而要进行综合辨析和考虑。