不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)制造厚度偏差分析

郭龍

摘 要 在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)提高之下，石油化工、煤化工等眾多行業(yè)實(shí)現(xiàn)了全新的發(fā)展。在此過(guò)程中，不銹鋼復(fù)合鋼板因其具有的特殊優(yōu)勢(shì)而被廣泛運(yùn)用在壓力容器的設(shè)計(jì)與制造當(dāng)中，但由于其設(shè)計(jì)厚度與實(shí)際制造厚度之間會(huì)產(chǎn)生一定偏差，因此可能會(huì)使得制造而成的壓力容器無(wú)法有效滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。基于此，本文將通過(guò)簡(jiǎn)單分析不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的設(shè)計(jì)作為研究其切入點(diǎn)，著重圍繞不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)、制造厚度偏差進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞 不銹鋼復(fù)合鋼板；壓力容器；設(shè)計(jì)制造；厚度偏差

中圖分類(lèi)號(hào) TG3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）11-0056-01

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的幫助之下，我國(guó)原油等開(kāi)采量和加工量不斷增多，但與此同時(shí)原油等物質(zhì)的穩(wěn)定性也開(kāi)始受到人們的廣泛關(guān)注。目前在設(shè)計(jì)和制造壓力容器的過(guò)程中，不銹鋼復(fù)合鋼板是一種使用比較廣泛的材料，其可以較好地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間保障裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)，因此為保障不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器能夠充分發(fā)揮出其應(yīng)有效用，有必要對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)、制造厚度的偏差進(jìn)行分析。

1 不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的設(shè)計(jì)

1.1 材料選用

不銹鋼復(fù)合鋼板是一種通過(guò)爆炸成形等方式有機(jī)整合不銹鋼和碳素鋼或是低合金鋼板的材料，其中不銹鋼是復(fù)層，碳素鋼或低合金鋼板則被稱(chēng)之為基層。不銹鋼復(fù)合鋼板具有較強(qiáng)的可焊與成型特性，同時(shí)可以有效抵抗腐蝕、銹蝕，因此也被廣泛運(yùn)用在各行各業(yè)當(dāng)中[1]。而在使用不銹鋼復(fù)合鋼板設(shè)計(jì)制造壓力容器時(shí)，工作人員可以根據(jù)具體需要，從生產(chǎn)復(fù)合鋼板的廠家處直接購(gòu)買(mǎi)成品板材即可，但如果基層材料較為特殊或是有其他特殊設(shè)計(jì)要求，則可以分別從不同廠家處購(gòu)買(mǎi)基層材料和復(fù)層不銹鋼材料，最后統(tǒng)一交由復(fù)合板生產(chǎn)廠家進(jìn)行加工復(fù)合即可。圖1展示的就是使用不銹鋼復(fù)合鋼板設(shè)計(jì)制造而成的儲(chǔ)氣罐。

1.2 設(shè)計(jì)流程

在設(shè)計(jì)不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的過(guò)程當(dāng)中，首先設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格按照相關(guān)工藝技術(shù)要求以及設(shè)計(jì)要求，制定出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)收技術(shù)要求，之后需要根據(jù)既定的設(shè)計(jì)與制造方案選購(gòu)規(guī)格厚度相適宜的不銹鋼復(fù)合鋼板，并正式進(jìn)入到制造環(huán)節(jié)。由質(zhì)量檢驗(yàn)人員對(duì)設(shè)備封頭和筒體等厚度進(jìn)行全方位地測(cè)量和計(jì)算，但考慮到不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器在制造時(shí)，因材料本身容易出現(xiàn)塑性變形，因而可能導(dǎo)致實(shí)際筒厚與設(shè)計(jì)厚度之間出現(xiàn)偏差，故需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各種附加量進(jìn)行充分考慮，并適當(dāng)增加適量的安全量，從而有效保障不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器能夠與設(shè)計(jì)制造要求完全吻合，避免其在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中出現(xiàn)不必要的損失。

2 不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)與制造厚度的

偏差

2.1 允許偏差

不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中并非完全不允許出現(xiàn)任何厚度上的偏差，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求規(guī)定，在設(shè)計(jì)和制造不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器時(shí)，復(fù)層材料允許有不超過(guò)±10%且不大于±1.0mm的厚度差，即不銹鋼這一復(fù)層材料的厚度偏差需要控制在±1mm以?xún)?nèi)。而低合金鋼板或碳素鋼等基層材料的厚度偏差不允許超過(guò)±0.5mm，將二者進(jìn)行相加之后即可得到不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的設(shè)計(jì)與制造總厚度允許偏差，即為1.5mm[2]。但隨著我國(guó)工藝技術(shù)的不斷提高，其對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)和制造也提出了更為嚴(yán)苛的要求，現(xiàn)如今壓力容器的復(fù)層材料允許負(fù)偏差不得超過(guò)0.3mm，基層材料的固定負(fù)偏差為0.3mm，累積負(fù)偏差的最大值不得超過(guò)0.8mm，壓力容器總厚度允許負(fù)偏差必須控制在1.2mm以?xún)?nèi)。

2.2 計(jì)算實(shí)例

以筆者所在工廠中的某臺(tái)不銹鋼復(fù)合鋼板設(shè)計(jì)制造而成的壓力容器為例，該壓力容器的公稱(chēng)直徑Ф為2 800mm，設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度分別為4.0MPa以及250℃，壓力容器容積為42m3，介質(zhì)為濕硫化氫工況易燃易爆工藝氣體。壓力容器的焊接接頭系數(shù)Ф為1，兩橢圓封頭切線之間殼體長(zhǎng)度為5 800mm，整臺(tái)不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器主要是由S31603+Q345R制作而成，在250℃的設(shè)計(jì)溫度之下，壓力容器筒體基層材料的許用應(yīng)力為147MPa，腐蝕余量為C1=1mm，鋼板負(fù)偏差C2=0.3mm。

根據(jù)計(jì)算公式即可求出壓力容器當(dāng)中的內(nèi)壓圓筒壁厚，在這一公式當(dāng)中，代表著壓力容器的計(jì)算厚度，Pc代表著計(jì)算壓力，單位為MPa，Di代表著壓力容器內(nèi)壓圓筒內(nèi)徑，單位為mm，則代表著壓力容器在設(shè)計(jì)溫度之下的許用應(yīng)力，單位為MPa，而焊接接頭系數(shù)則用Ф進(jìn)行表示。通過(guò)將工廠中的這臺(tái)不銹鋼復(fù)合鋼板設(shè)計(jì)制造而成的壓力容器各項(xiàng)參數(shù)代入到計(jì)算公式當(dāng)中，我們可以得知圓筒計(jì)算厚度為=38.62mm，而基層材料的名義厚度通過(guò)將38.62+1+0.3后可以計(jì)算得出為39.92mm，所以基層筒體的名義厚度可以取40mm。因此整個(gè)壓力容器的筒體總厚度可以取3+40mm。而如果工作人員從生產(chǎn)復(fù)合板的廠家處直接訂購(gòu)厚度為3+40mm的S31603+Q345R的不銹鋼復(fù)合鋼板，則其訂購(gòu)的材料厚度應(yīng)當(dāng)在43.8mm以上。但在實(shí)際生產(chǎn)制造壓力容器設(shè)備筒體的過(guò)程當(dāng)中，筒體會(huì)因塑性變形而變薄，減薄量為，因此整臺(tái)壓力容器的加工減薄量應(yīng)當(dāng)為，在排除復(fù)層材料厚度強(qiáng)度這一因素之后，我們可以得知，壓力容器圓筒在卷制成型之后其基層材料的厚度應(yīng)當(dāng)在38.62+1=39.62mm以上。而利用爆炸成型法下的不銹鋼復(fù)合鋼板，其基層材料的厚度應(yīng)當(dāng)為40-0.66=39.34mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓筒卷制成型之后設(shè)計(jì)要求的39.62mm的基層材料厚度，導(dǎo)致設(shè)計(jì)制造而成的不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器無(wú)法有效滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[3]。因此需要工作人員在采購(gòu)不銹鋼復(fù)合鋼板的過(guò)程中，對(duì)其設(shè)計(jì)、制造厚度偏差以及可能影響其出現(xiàn)厚度偏差的各項(xiàng)因素進(jìn)行充分考量，并適當(dāng)增加筒體厚度，保障壓力容器筒體壁厚在3+42mm左右從而有效應(yīng)對(duì)厚度偏差。

3 結(jié)論

總而言之，通過(guò)本文的分析研究我們可以得知不銹鋼復(fù)合鋼板，在被用于設(shè)計(jì)和制造壓力容器的過(guò)程當(dāng)中，其設(shè)計(jì)厚度往往會(huì)與實(shí)際制造時(shí)的厚度之間產(chǎn)生偏差，并可能由此導(dǎo)致設(shè)計(jì)制造而成的不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器無(wú)法與設(shè)計(jì)要求相吻合。因此工作人員在進(jìn)行不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的制造時(shí)，需要結(jié)合具體的設(shè)計(jì)要求認(rèn)真挑選厚度適中的材料，并對(duì)設(shè)計(jì)與制造的允許偏差進(jìn)行明確，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)充分考慮制造過(guò)程中的加工減薄量，必要時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)明殼體的最小厚度，通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)增加安全余量等措施以盡可能消除不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器的設(shè)計(jì)與制造厚度偏差，進(jìn)而有效保障壓力容器的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]肖文麗，韓玉梅.不銹鋼復(fù)合鋼板制造壓力容器設(shè)計(jì)厚度探討[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2011（10）：26-27.

[2]吳進(jìn)銀，張靜.不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器設(shè)計(jì)、制造厚度偏差探討[J].化學(xué)工程與裝備，2015（8）：114，131.

[3]陳盛秒.不銹鋼復(fù)合板壓力容器設(shè)計(jì)制造技術(shù)探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2010（6）：29-32，24.