生物壓力容器材料代用

材料代用規(guī)定

在設(shè)備的設(shè)計和制造過程中,常常受到材料的采購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)計中廣泛應(yīng)用?！豆潭ㄊ綁毫θ萜靼踩夹g(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)計和制造中,主要要求是通過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,可以通過多種材料選擇方式對材料進(jìn)行檢測和測試。

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)部門的批準(zhǔn)并上報代用材料的復(fù)檢報告或質(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)計單位的允許并拿到證明文件后,才可以在壓力容器制造時進(jìn)行材料代用;

(3)壓力容器的設(shè)計圖、施工圖以及出廠時的質(zhì)量證明書中要細(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),常常會出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”和“劣”的問題。但每種壓力容器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(yōu)”與“劣”判斷從實際出發(fā),具體問題具體分析。下面,筆者基于自身工作經(jīng)驗,主要探討了幾種典型的“以優(yōu)代劣”問題。

2.1 壓力容器制作中,在強度、力學(xué)特征等機械能方面,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碳素鋼。一般來說,強度級別高的,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,應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝,在熱處理時也可能會有相應(yīng)變化,應(yīng)給予充分重視。

2.2材料代用時進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮,否則壓力容器實際使用中可能會出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險的設(shè)備中,容器對應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強度級別的提高而增大,二者正相關(guān)。此時若將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,但在搪玻璃容器制造時,鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

2.3 一般來說, 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格優(yōu)勢和良好的耐腐蝕性,但前者的高溫?zé)釓娦詤s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)計設(shè)備溫度,如有必要,應(yīng)當(dāng)重新計算。

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),這對容器受力狀態(tài)來說,是有百害而無一利的,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 對原設(shè)計中封頭和筒體間等厚焊接的容器,若對容器殼體的個別部件進(jìn)以厚代薄,很容易增加殼體的幾何不連續(xù)情況,從而使封頭和簡體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加,此時,對于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來說,會造成很大的損害?？赡軙?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,常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變,例如,簡體與加厚的封頭連接時,通常需要對封頭進(jìn)行削邊處理。對以管道為主要簡體構(gòu)成的設(shè)備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡體的連接部位也須對簡體側(cè)實施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時,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”,雖然并不會造成簡體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加,但不了避免地,仍會導(dǎo)致不良影響。(1)厚度增加后,原來的殼體設(shè)計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)容器重量增加過大時,必然會對容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響;(3)對殼體同時具有傳熱作用的容器,殼體厚度的增加肯定會影響其傳熱效果。

其他注意事項

進(jìn)行材料代用時, 應(yīng)根據(jù)實際用材情況對焊接工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,一般調(diào)整原則為:用高級材料替代低級材料時,實驗和驗收仍可采用低級材料的標(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, 進(jìn)行最低水壓實驗時, 其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變,此時,要嚴(yán)格按 GB150 的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行;當(dāng)板厚增加超過 GB150所規(guī)定的冷卷厚度時,一定要對筒體進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理;鋼板的厚度達(dá)到一定水平時,還需要進(jìn)行超聲探傷,必要時,提高水試驗的壓力。

5結(jié)論通過剛才為主要的材料主體進(jìn)行壓力容器設(shè)計和制造是當(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。在材料的機械性能要求上,在考兩次材料強度的同時,也應(yīng)考慮其韌性,在韌性滿足的條件下,則應(yīng)盡可能提高其強度。從這個角度上來說,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度來考慮,而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。