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压力容器材料厚薄探讨

1材料的变化

(1)钢板以厚代薄后,其使用状态可能有变化,例如Q345R的板厚由36mm变为38mm时,使用状态就应该为正火。(2)钢板以厚代薄后,其力学性能、工艺性能及检测要求可能发生变化,例如Q345R的板厚由60mm变为62mm时。试验。(3)钢板以厚代薄后,其壳体用钢板的质量检测要求可能有变化,例如Q345R的板厚由36mm变为38mm时,钢板超声检测质量等级由不低于Ⅲ级变为不低于Ⅱ级。(4)钢板以厚代薄后,壳体用钢板的使用温度下限可能发生变化,例如Q345R的板厚由20厚变为22mm时,其使用温度下限由-20℃变为-10℃。

2应力的变化

由弹性理论分析可知,对于同样的材料和受载条件,板材越薄则越接近于平面应力状态,即接近于二向应力,在垂直于厚度方向无应力,因而容易变形;如板材越厚则越接近于平面应变状态,即接近于三向应力,在厚度方向受到拘束而比较不容易变形。因此薄材比厚材呈现更好的延塑性,其抗脆断能力优于厚材。

3强度、结构的变化

以厚代薄要注意厚度增加引起许用应力的变化,如果厚度增加,许用应力下降,那么就有可能导致设备强度不足。特别是封头,因为封头在制造时,由于有厚度减薄量的原因,使得下料时需要增加毛坯的厚度来保证冲压后封头的最小厚度符合设计最小厚度的要求,结果就有可能导致冲压后的封头反而强度不足。因此许用应力值处于跨档的情况下,以厚代薄时须进行强度校核。以厚代薄有可能会带来局部结构的变化,如加厚的封头与筒体的连接,或者加厚的筒体与封头的连接,可能存在封头和筒体的削边问题。厚度增加有可能使筒体的对接焊缝发生变化,V型坡口可能变为U型坡口等等。另外,以后代薄也有可能造成严重后果。如固定管板换热器,其壳体厚度的增加,可能导致管板厚度不够或换热管轴向力的增加而需增设膨胀节,从而导致固定管板换热器的管板强度或结构发生变化。下面以一个工程中的实例来具体加以探讨。比较以上结果,可以看出壳体筒体壁厚增加,管板厚度增加,也有可能使壳程设置膨胀节,故壳程壳体以厚代薄对换热器的影响非常大。对于此类代用,应该慎重考虑,进行核算。

4焊接、热处理、无损检测的变化

(1)钢板以厚代薄后,其焊接工艺可能有变化,上面提及到以厚代薄可能导致坡口型式发生改变,焊接工艺也可能发生改变,具体要根据实际情况而定。(2)钢板以厚代薄后,其焊后热处理要求可能有变化,例如Q345R的板厚由32mm厚变为34mm,16MnDR的板厚由24mm厚变为26mm,其设备就由原来的不需要进行焊后热处理而变为需要进行焊后热处理,随之热处理时间也有可能发生变化。(3)钢板以厚代薄后,其接头的无损检测要求可能也有变化,例如Q345R的板厚由30mm厚变为32mm,其A类和B类焊接接头就由原来的局部射线或超声检测变为全部(100%)射线或超声检测。

5其它变化

以厚代薄还可能带来其它方面的变化,例如设计温度下许用应力值下降时,试验压力也随之改变,厚度增加设备重量随之增加,设备支座和基础的强度需重新核算等等。

6结束语

综上所述,在压力容器制造过程中,钢板的以厚代薄并不等于"以高代低",要针对具体的设备、具体工况、具体材质、具体结构等具体情况具体分析和核算。针对各方面提出相应的要求,消除潜在的隐患,保证设备安全运行。

作者:侯荣艳 单位:中石化宁波工程有限公司


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