生物壓力容器材料代用

材料代用規(guī)定

在設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中,常常受到材料的采購(gòu)和選擇困難或者是處于在經(jīng)濟(jì)上的不足考慮和分析,材料代用在壓力容器的設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》在壓力容器材料代用中做了明確的規(guī)定,在其設(shè)計(jì)和制造中,主要要求是通過(guò)壓力容器的承壓部件材料的選擇中要和被代用的材料不僅外形質(zhì)量相似,而且要充分考慮材料的化學(xué)成分、尺寸標(biāo)準(zhǔn)、性能指標(biāo)和監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行合理的代用。材料代用最基本的原則是:在代用中要杜絕各種指標(biāo)不達(dá)標(biāo)材料的應(yīng)用,嚴(yán)格確保材料質(zhì)量和達(dá)到絕對(duì)保證,在技術(shù)上代用材料的技術(shù)要求不能夠低于被代用材料,可以通過(guò)多種材料選擇方式對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)試。

材料代用的手續(xù)要求為:

(1)容器承壓部件的代用要嚴(yán)格進(jìn)行,須經(jīng)由代用單位技術(shù)部門(mén)的批準(zhǔn)并上報(bào)代用材料的復(fù)檢報(bào)告或質(zhì)量證明,由主管負(fù)責(zé)人核準(zhǔn)批復(fù);

(2)必須在獲得原設(shè)計(jì)單位的允許并拿到證明文件后,才可以在壓力容器制造時(shí)進(jìn)行材料代用;

(3)壓力容器的設(shè)計(jì)圖、施工圖以及出廠時(shí)的質(zhì)量證明書(shū)中要細(xì)致標(biāo)注代用材料的規(guī)格部位、材質(zhì)和規(guī)格。

以優(yōu)代劣

壓力容器所用的全部金屬材料要具有優(yōu)良的性能,包括材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。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(fā),常常會(huì)出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”和“劣”的問(wèn)題。但每種壓力容器對(duì)對(duì)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(yōu)”與“劣”判斷從實(shí)際出發(fā),具體問(wèn)題具體分析。下面,筆者基于自身工作經(jīng)驗(yàn),主要探討了幾種典型的“以優(yōu)代劣”問(wèn)題。

2.1 壓力容器制作中,在強(qiáng)度、力學(xué)特征等機(jī)械能方面,其常用到的低合金鋼盡管明顯優(yōu)于碳素鋼,但其冷加工性能與可焊性都比不過(guò)碳素鋼。一般來(lái)說(shuō),強(qiáng)度級(jí)別高的,其冷加工性能與可焊性就較差,二者負(fù)相關(guān)。所以在進(jìn)行這方面的代用時(shí),應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝,在熱處理時(shí)也可能會(huì)有相應(yīng)變化,應(yīng)給予充分重視。

2.2材料代用時(shí)進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮,否則壓力容器實(shí)際使用中可能會(huì)出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備中,容器對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級(jí)別的提高而增大,二者正相關(guān)。此時(shí)若將20R和Q235和20R系列的鋼材用16MnR等低合金鋼待用就極易產(chǎn)生問(wèn)題,因此,此類“以優(yōu)代劣”行徑在原則是行不通的,應(yīng)當(dāng)被禁止。鎮(zhèn)靜鋼在許多性能方面上,鎮(zhèn)靜鋼都比沸騰鋼要更占優(yōu)勢(shì),但在搪玻璃容器制造時(shí),鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

2.3 一般來(lái)說(shuō), 不銹鋼的耐腐蝕性較出色但在含有氯離子的環(huán)境下,其耐腐蝕性卻不如低合金鋼和碳素鋼。

2.4 和普通不銹鋼相比,超低碳不銹鋼雖然具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和良好的耐腐蝕性,但前者的高溫?zé)釓?qiáng)性卻更為出色。一般情況下,為了提高耐腐蝕性,需降低炭含量,而為了提高高溫性,則要提高炭的含量。故而,此種情況下的“以優(yōu)代劣”,要尤其精確設(shè)計(jì)設(shè)備溫度,如有必要,應(yīng)當(dāng)重新計(jì)算。

以厚代薄

“以厚代薄”常常使從平面應(yīng)力狀殼體的受力態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài),這對(duì)容器受力狀態(tài)來(lái)說(shuō),是有百害而無(wú)一利的,通常情況下,厚壁容器比薄壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力,進(jìn)而產(chǎn)生平面應(yīng)變脆性斷裂。

3.1 對(duì)原設(shè)計(jì)中封頭和筒體間等厚焊接的容器,若對(duì)容器殼體的個(gè)別部件進(jìn)以厚代薄,很容易增加殼體的幾何不連續(xù)情況,從而使封頭和簡(jiǎn)體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加,此時(shí),對(duì)于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來(lái)說(shuō),會(huì)造成很大的損害?？赡軙?huì)導(dǎo)致疲勞裂紋,嚴(yán)重的可能造成疲勞斷裂。

3.2 在厚板替代薄板時(shí),常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變,例如,簡(jiǎn)體與加厚的封頭連接時(shí),通常需要對(duì)封頭進(jìn)行削邊處理。對(duì)以管道為主要簡(jiǎn)體構(gòu)成的設(shè)備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡(jiǎn)體的連接部位也須對(duì)簡(jiǎn)體側(cè)實(shí)施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時(shí),往往也關(guān)系到焊接工藝的變化。

3.3 容器殼體整體層面上的“以厚代薄”,雖然并不會(huì)造成簡(jiǎn)體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加,但不了避免地,仍會(huì)導(dǎo)致不良影響。(1)厚度增加后,原來(lái)的殼體設(shè)計(jì)中的探傷方式和焊接工藝也要進(jìn)行相應(yīng)的改變,增加難度;(2)殼體厚度的增加必然使容器的重量加大,當(dāng)容器重量增加過(guò)大時(shí),必然會(huì)對(duì)容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響;(3)對(duì)殼體同時(shí)具有傳熱作用的容器,殼體厚度的增加肯定會(huì)影響其傳熱效果。

其他注意事項(xiàng)

進(jìn)行材料代用時(shí), 應(yīng)根據(jù)實(shí)際用材情況對(duì)焊接工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,一般調(diào)整原則為:用高級(jí)材料替代低級(jí)材料時(shí),實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)收仍可采用低級(jí)材料的標(biāo)準(zhǔn),不用提高標(biāo)準(zhǔn);不同材料的耐高溫性、韌度等性能不同時(shí), 進(jìn)行最低水壓實(shí)驗(yàn)時(shí), 其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變,此時(shí),要嚴(yán)格按 GB150 的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行;當(dāng)板厚增加超過(guò) GB150所規(guī)定的冷卷厚度時(shí),一定要對(duì)筒體進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理;鋼板的厚度達(dá)到一定水平時(shí),還需要進(jìn)行超聲探傷,必要時(shí),提高水試驗(yàn)的壓力。

5結(jié)論通過(guò)剛才為主要的材料主體進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)和制造是當(dāng)前容器應(yīng)用的基礎(chǔ),更是在壓力容器的材料代用中性能要求合理和中要難點(diǎn)。在材料的機(jī)械性能要求上,在考兩次材料強(qiáng)度的同時(shí),也應(yīng)考慮其韌性,在韌性滿足的條件下,則應(yīng)盡可能提高其強(qiáng)度。從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō),在壓力容器材料選擇上要正確界定“優(yōu)”和“劣”,不要單純的從材料的厚度和強(qiáng)度來(lái)考慮,而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。