材料代用規定

在設備的設計(jì)和(hé)制(zhì)造過程中,常常受到材料的采購和(hé)選擇困難或者是處于在經濟上(shàng)的不足考慮和(hé)分析,材料代用在壓力容器(qì)的設計(jì)中廣泛應用。《固定式壓力容器(qì)安全技(jì)術(shù)監督規程》在壓力容器(qì)材料代用中做(zuò)了明(míng)确的規定,在其設計(jì)和(hé)制(zhì)造中,主要要求是通(tōng)過壓力容器(qì)的承壓部件材料的選擇中要和(hé)被代用的材料不僅外形質量相似,而且要充分考慮材料的化學成分、尺寸标準、性能指标和(hé)監測方式進行(xíng)合理(lǐ)的代用。材料代用最基本的原則是:在代用中要杜絕各種指标不達标材料的應用,嚴格确保材料質量和(hé)達到絕對保證,在技(jì)術(shù)上(shàng)代用材料的技(jì)術(shù)要求不能夠低(dī)于被代用材料,可(kě)以通(tōng)過多(duō)種材料選擇方式對材料進行(xíng)檢測和(hé)測試。

材料代用的手續要求為(wèi):

(1)容器(qì)承壓部件的代用要嚴格進行(xíng),須經由代用單位技(jì)術(shù)部門(mén)的批準并上(shàng)報代用材料的複檢報告或質量證明(míng),由主管負責人(rén)核準批複;

(2)必須在獲得(de)原設計(jì)單位的允許并拿(ná)到證明(míng)文件後,才可(kě)以在壓力容器(qì)制(zhì)造時(shí)進行(xíng)材料代用;

(3)壓力容器(qì)的設計(jì)圖、施工圖以及出廠時(shí)的質量證明(míng)書(shū)中要細緻标注代用材料的規格部位、材質和(hé)規格。

以優代劣

壓力容器(qì)所用的全部金屬材料要具有(yǒu)優良的性能,包括材料的力學性能、耐腐蝕性、耐高(gāo)溫性和(hé)制(zhì)作(zuò)工藝等。每一種材料的性能都是固定不變的從性能比較的角度出發,常常會(huì)出現材料間(jiān)的“優”和(hé)“劣”的問題。但(dàn)每種壓力容器(qì)對對材料性能的要求在不同情況下也是不一樣的,所以,材料代用中的“優”與“劣”判斷從實際出發,具體(tǐ)問題具體(tǐ)分析。下面,筆者基于自身工作(zuò)經驗,主要探討(tǎo)了幾種典型的“以優代劣”問題。

2.1 壓力容器(qì)制(zhì)作(zuò)中,在強度、力學特征等機械能方面,其常用到的低(dī)合金鋼盡管明(míng)顯優于碳素鋼,但(dàn)其冷加工性能與可(kě)焊性都比不過碳素鋼。一般來(lái)說,強度級别高(gāo)的,其冷加工性能與可(kě)焊性就較差,二者負相關。所以在進行(xíng)這方面的代用時(shí),應相應調整焊接工藝,在熱處理(lǐ)時(shí)也可(kě)能會(huì)有(yǒu)相應變化,應給予充分重視(shì)。

2.2材料代用時(shí)進行(xíng)細緻、周全的考慮,否則壓力容器(qì)實際使用中可(kě)能會(huì)出現各種安全隐患。比如處于濕硫化氫環境下及存在應力腐蝕開(kāi)裂風險的設備中,容器(qì)對應力腐蝕開(kāi)裂地敏感性随容器(qì)使用的鋼材的強度級别的提高(gāo)而增大(dà),二者正相關。此時(shí)若将20R和(hé)Q235和(hé)20R系列的鋼材用16MnR等低(dī)合金鋼待用就極易産生(shēng)問題,因此,此類“以優代劣”行(xíng)徑在原則是行(xíng)不通(tōng)的,應當被禁止。鎮靜鋼在許多(duō)性能方面上(shàng),鎮靜鋼都比沸騰鋼要更占優勢,但(dàn)在搪玻璃容器(qì)制(zhì)造時(shí),鎮靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

2.3 一般來(lái)說, 不鏽鋼的耐腐蝕性較出色但(dàn)在含有(yǒu)氯離子的環境下,其耐腐蝕性卻不如低(dī)合金鋼和(hé)碳素鋼。

2.4 和(hé)普通(tōng)不鏽鋼相比,超低(dī)碳不鏽鋼雖然具有(yǒu)價格優勢和(hé)良好的耐腐蝕性,但(dàn)前者的高(gāo)溫熱強性卻更為(wèi)出色。一般情況下,為(wèi)了提高(gāo)耐腐蝕性,需降低(dī)炭含量,而為(wèi)了提高(gāo)高(gāo)溫性,則要提高(gāo)炭的含量。故而,此種情況下的“以優代劣”,要尤其精确設計(jì)設備溫度,如有(yǒu)必要,應當重新計(jì)算(suàn)。

以厚代薄

“以厚代薄”常常使從平面應力狀殼體(tǐ)的受力态轉變為(wèi)平面應變狀态,這對容器(qì)受力狀态來(lái)說,是有(yǒu)百害而無一利的,通(tōng)常情況下,厚壁容器(qì)比薄壁容器(qì)更容易産生(shēng)三向拉應力,進而産生(shēng)平面應變脆性斷裂。

3.1 對原設計(jì)中封頭和(hé)筒體(tǐ)間(jiān)等厚焊接的容器(qì),若對容器(qì)殼體(tǐ)的個(gè)别部件進以厚代薄,很(hěn)容易增加殼體(tǐ)的幾何不連續情況,從而使封頭和(hé)簡體(tǐ)間(jiān)的連接部位受到的局部應力增加,此時(shí),對于有(yǒu)應力腐蝕傾向的容器(qì)來(lái)說,會(huì)造成很(hěn)大(dà)的損害。可(kě)能會(huì)導緻疲勞裂紋,嚴重的可(kě)能造成疲勞斷裂。

3.2 在厚闆替代薄闆時(shí),常常導緻連接結構發生(shēng)相應改變,例如,簡體(tǐ)與加厚的封頭連接時(shí),通(tōng)常需要對封頭進行(xíng)削邊處理(lǐ)。對以管道(dào)為(wèi)主要簡體(tǐ)構成的設備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡體(tǐ)的連接部位也須對簡體(tǐ)側實施內(nèi)削邊處理(lǐ)。在厚度增加較大(dà)時(shí),往往也關系到焊接工藝的變化。

3.3 容器(qì)殼體(tǐ)整體(tǐ)層面上(shàng)的“以厚代薄”,雖然并不會(huì)造成簡體(tǐ)連接處和(hé)封頭的局部應力增加,但(dàn)不了避免地,仍會(huì)導緻不良影(yǐng)響。(1)厚度增加後,原來(lái)的殼體(tǐ)設計(jì)中的探傷方式和(hé)焊接工藝也要進行(xíng)相應的改變,增加難度;(2)殼體(tǐ)厚度的增加必然使容器(qì)的重量加大(dà),當容器(qì)重量增加過大(dà)時(shí),必然會(huì)對容器(qì)的基礎和(hé)支座産生(shēng)不利影(yǐng)響;(3)對殼體(tǐ)同時(shí)具有(yǒu)傳熱作(zuò)用的容器(qì),殼體(tǐ)厚度的增加肯定會(huì)影(yǐng)響其傳熱效果。

其他注意事項

進行(xíng)材料代用時(shí), 應根據實際用材情況對焊接工藝進行(xíng)适當的調整,一般調整原則為(wèi):用高(gāo)級材料替代低(dī)級材料時(shí),實驗和(hé)驗收仍可(kě)采用低(dī)級材料的标準,不用提高(gāo)标準;不同材料的耐高(gāo)溫性、韌度等性能不同時(shí), 進行(xíng)最低(dī)水(shuǐ)壓實驗時(shí), 其相應的溫度也可(kě)能發生(shēng)改變,此時(shí),要嚴格按 GB150 的相關規定執行(xíng);當闆厚增加超過 GB150所規定的冷卷厚度時(shí),一定要對筒體(tǐ)進行(xíng)消除應力的熱處理(lǐ);鋼闆的厚度達到一定水(shuǐ)平時(shí),還(hái)需要進行(xíng)超聲探傷,必要時(shí),提高(gāo)水(shuǐ)試驗的壓力。

5結論通(tōng)過剛才為(wèi)主要的材料主體(tǐ)進行(xíng)壓力容器(qì)設計(jì)和(hé)制(zhì)造是當前容器(qì)應用的基礎,更是在壓力容器(qì)的材料代用中性能要求合理(lǐ)和(hé)中要難點。在材料的機械性能要求上(shàng),在考兩次材料強度的同時(shí),也應考慮其韌性,在韌性滿足的條件下,則應盡可(kě)能提高(gāo)其強度。從這個(gè)角度上(shàng)來(lái)說,在壓力容器(qì)材料選擇上(shàng)要正确界定“優”和(hé)“劣”,不要單純的從材料的厚度和(hé)強度來(lái)考慮,而要進行(xíng)綜合辨析和(hé)考慮。