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【摘 要】本文对压力容器的材料代用情况和检验方法进行了分析探讨,针对材料代用的规定、材料代用的基本规定和检验方法进行了深入研究,为进一步规范压力容器使用和设计提供理论借鉴.
【关键词】压力容器；材料代用；检验方法
压力容器通常是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备,材质包括金属及非金属.压力容器内部和外部的压力差具有潜在的危险,在压力容器的发展历史上,许多安全事故都因为设计、制造、操作和使用不当而发生,因此压力容器受到严格的标准控制.为此,笔者根据多年工作经验,针对压力容器的材料代用情况进行分析研究,同时对相关检验方法进行了分析,得出了有益结论.
复合材料压力容器:第406讲 插花的容器、技巧、材料与四季插花（下）
1.材料代用规定
在设备的设计和制造过程中,常常受到材料的采购和选择困难或者是处于在经济上的不足考虑和分析,材料代用在压力容器的设计中广泛应用.《固定式压力容器安全技术监督规程》在压力容器材料代用中做了明确的规定,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的材料不仅外形质量相似,而且要充分考虑材料的化学成分、尺寸标准、性能指标和监测方式进行合理的代用.材料代用最基本的原则是：在代用中要杜绝各种指标不达标材料的应用,严格确保材料质量和达到绝对保证,在技术上代用材料的技术要求不能够低于被代用材料,可以通过多种材料选择方式对材料进行检测和测试.
材料代用的手续要求为：(1)容器承压部件的代用要严格进行,须经由代用单位技术部门的批准并上报代用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到证明文件后,才可以在压力容器制造时进行材料代用；(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材料的规格部位、材质和规格.
2.材料代用基本形式
2.1以优代劣.
压力容器所用的全部金属材料要具有优良的性能,包括材料的力学性能、耐腐蚀性、耐高温性和制作工艺等.每一种材料的性能都是固定不变的从性能比较的角度出发,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的要求在不同情况下也是不一样的,所以,材料代用中的“优”与“劣”判断从实际出发,具体问题具体分析.下面,笔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.
2.1.1压力容器制作中,在强度、力学特征等机械能方面,其常用到的低合金钢尽管明显优于碳素钢,但其冷加工性能与可焊性都比不过碳素钢.一般来说,强度级别高的,其冷加工性能与可焊性就较差,二者负相关.所以在进行这方面的代用时,应相应调整焊接工艺,在热处理时也可能会有相应变化,应给予充分重视.
4.1.2材料代用时进行细致、周全的考虑,否则压力容器实际使用中可能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16MnR等低合金钢待用就极易产生问题,因此,此类“以优代劣”行径在原则是行不通的,应当被禁止.镇静钢在许多性能方面上,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.
2.1.3一般来说,不锈钢的耐腐蚀性较出色但在含有氯离子的环境下,其耐腐蚀性却不如低合金钢和碳素钢.
2.1.4和普通不锈钢相比,超低碳不锈钢虽然具有论文范文优势和良好的耐腐蚀性,但前者的高温热强性却更为出色.一般情况下,为了提高耐腐蚀性,需降低含量,而为了提高高温性,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,如有必要,应当重新计算.
2.2以厚代薄.
“以厚代薄”常常使从平面应力状壳体的受力态转变为平面应变状态,这对容器受力状态来说,是有百害而无一利的,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.
2.2.1对原设计中封头和筒体间等厚焊接的容器,若对容器壳体的个别部件进以厚代薄,很容易增加壳体的几何不连续情况,从而使封头和简体间的连接部位受到的局部应力增加,此时,对于有应力腐蚀倾向的容器来说,会造成很大的损害.可能会导致疲劳裂纹,严重的可能造成疲劳断裂.
2.2.2头与简体的连接部位也须对简体侧实施内削边处理.在厚度增加较大时,往往也关系到焊接工艺的变化.
2.2.3容器壳体整体层面上的“以厚代薄”,虽然并不会造成简体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,原来的壳体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)壳体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)对壳体同时具有传热作用的容器,壳体厚度的增加肯定会影响其传热效果.
2.3其他形式.
进行材料代用时,应根据实际用材情况对焊接工艺进行适当的调整,一般调整原则为：用高级材料替代低级材料时,实验和验收仍可采用低级材料的标准,不用提高标准；不同材料的耐高温性、韧度等性能不同时,进行最低水压实验时,其相应的温度也可能发生改变,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,一定要对筒体进行消除应力的热处理；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.
3.检验方法
3.1外部检查.
亦称运行中检查,检查的主要内容有：压力容器外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象；安全附件是否齐全、灵敏、可靠；紧固螺栓是否完好、全部旋紧；基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象.外部检查既是检验人员的工作,也是操作人员日常巡回检查项目.发现危及安全现象（如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等）应予停车并及时报告有关人员.
3.2内外部检验.
压力容器内外部检验这种检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行.检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外,还要检验内外表面的腐蚀磨损现象；用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹,必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量；测量壁厚.若测得壁厚小于容器最小壁厚时,应重新进行强度校核,提出降压使用或修理措施；对可能引起金属材料的金相组织变化的容器,必要时应进行金相检验；高压、超高压容器的主要螺栓应利用磁粉或着色进行有无裂纹的检查等.通过内外部检验,对检验出的缺陷要分析原因并提出处理意见.修理后要进行复验.压力容器内外部检验周期为每三年一次,但对强烈腐蚀性介质、剧毒介质的容器检验周期应予缩短.运行中发现有严重缺陷的容器和焊接质量差、材质对介质抗腐蚀能力不明的容器也均应缩短检验周期.
3.3全面检验.
压力容器全面检验除了上述检验项目外,还要进行耐压试验（一般进行水压试验）.对主要焊缝进行无损探伤抽查或全部焊缝检查.但对压力很低、非易燃或无毒、无腐蚀性介质的容器,若没有发现缺陷,取得一定使用经验后,可不作无损探伤检查.容器的全面检验周期,一般为每六年至少进行一次.对盛装空气和惰性气体的制造合格容器,在取得使用经验和一两次内外检验确认无腐蚀后,全面检验周期可适当延长.
压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品,其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业.压力容器广泛应用于化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、航天、海洋等部门.它是生产过程中必不可少的核心设备,是一个国家装备制造水平的重要标志.如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳、气液贮罐、核动力反应堆的压力壳、电厂锅炉系统中的汽包等都是压力容器.随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步,特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展,带动了相关产业的发展,世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上,压力容器技术领域也取得了相应的进展.
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