石油行业压力容器设计制造中的材料代用

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摘要：摘要：本文针对石油行业压力容器设计及制造过程中发生的材料代用问题进行分析，主要从材料代用的规范要求、操作程序，材料代用常见问题等方面进行分析研究。 关键词：压力容器 材料代用 许用应力 在石油行业压力容器的设计及生产制造过程中，材料代用是一个

　　摘要：本文针对石油行业压力容器设计及制造过程中发生的材料代用问题进行分析，主要从材料代用的规范要求、操作程序，材料代用常见问题等方面进行分析研究。

　　关键词：压力容器 材料代用 许用应力

　　在石油行业压力容器的设计及生产制造过程中，材料代用是一个非常常见的现象。最常见的原因是由于制造商在采购过程中无法采购到设计规定的材料，或是制造商的现有库存与所需材料的不符合，出于经济考虑为快速消除库存，减少采购流程而选用的一种手段。石油行业压力容器的设计阶段，选材是非常关键的一步，设计者在设计阶段，选材是非常慎重的，一旦选用的代用材料不合适，会对压力容器的质量和安全使用产生非常大的隐患。

　　一、石油行业压力容器制造过程规范要求及程序

　　《固容规》中规定：压力容器制造过程中对主要受压元件的材料代用，应当取得原设计单位的书面批准，且要在压力容器的竣工图纸上做出详细的记录。

　　在选择代用材料时要按照一定的程序来进行。一，应由制造单位填写相应的材料代用申请单，在申请单中，应该要明确标注材料的代用原因、代用规格型号、代用数量、代用品牌等等。材料代用单要经压力容器制造商的技术责任师签字生效。二，要将材料代用单报送至原压力容器的设计单位，经过原设计单位书面批准执行。若原压力容器的设计单位不同意这一材料的代用，则不可选取代用。三，在压力容器制造完成后，压力容器制造企业制作出厂质量证明文件和竣工图纸中必須要详细的说明材料代用的情况，将代用材料的规格型号、代用位置、代用材质都要详细注明。材料代用申请单必须随其他的资料一起归档，按照相关的规定存放在相应的设备档案中。

　　二、石油行业压力容器制造过程中材料代用常见情况

　　(一)以厚带薄

　　以厚带薄指的是在材料的性能相近或相同的情况之下，选用相同钢号规格较厚的材料来代替规格较薄的材料。然而在实际的操作中，以厚带薄并不是单纯的指厚度越厚的材料强度就越高，表1中列出了在不同温度下Q345R钢板的许用应力。

　　从表1中可看出，随着Q345R钢板的厚度增加，许用应力呈现下降的状态。例如在当设计温度在200℃时，16mm厚度的Q345R钢板的许用应力为183MPa，而18mm厚度的Q345R钢板的许用应力则下降为170MPa。很显然，Q345R钢板厚度的增加并不能带来强度的增加，反而会因厚度的增加导致强度不够。

　　以较厚的材料代替较薄的材料时，有可能会引起连接处结构的变化，还可能导致焊接结构的变化。因此，在选择材料代用时，不能简单的只考虑以厚带薄就可，而应取得原设计单位的书面批注，由原设计单位根据实际情况综合的考虑代用是否可行，并对焊接的方式、探伤的方式等做出相应的调整，才可以执行材料代用。

　　(二)以高带低

　　以高带低指的是选用级别或者性能相对好的材料来代替级别较低或性能相对较差的材料。这种材料代用的选取，可能提升压力容器的整体性能，在实际使用中，能保证压力容器性能的稳定性。然而在实际操作中，材料的好与坏、高与低是相对的，不能单纯的从化学成分或是价格的高低来决定某种材料的好与坏的。例如表2中列出了在不同温度下Q345R和16MnDR钢板的许用应力。

　　Q345R和16MnDR的化学成分极其类似，而且16MnDR的市场价格要高于Q345R，但是从表中可以看出，当温度高于150℃的情况之下，16MnDR的许用应力迅速下降，当温度达到200℃时，Q345R的许用应力已经高于16MnDR的许用应力了。很显然，如果在200℃以上时，用16MnDR直接代替Q345R就无法保证硬度的要求了。此时材料代用就需要上报给原设计单位进行重新核算，根据原设计单位的书面批复决定是否接受材料代用，只有经过原设计单位的审批通过，才可以按照代用材料进行生产。

　　三、石油行业压力容器制造过程中材料代用的注意事项

　　在材料代用的实际操作中，首先要根据材料的实际情况，对后续的焊接工艺及焊接用材料进行相应的调整，以保证后续选择焊接材料和焊接工艺的准确性。在材料以厚带薄时，对压力容器的结构形式会产生一定的影响，例如，当封头材料以厚带薄时，制造过程中就要对封头进行外削边处理，以避免连接处的结果产生很大的变化。当代用材料厚度过度增加的时候，就需要考虑是否要调整焊接接头的结构形式，例如，壳体之间的焊缝从原来的单向V型坡口变为双面X型坡口。材料代用过程中，要对设备强度进行重新计算和验算，避免因许用应力的变化而导致设备强度不能满足要求。

　　除了以上注意事项外，还应该充分考虑经济性的问题，因为材料代用影响设备的成本，尤其是当设备的主体材料发生代用时，应该慎重考虑代用的可行性。

　　四、总结

　　石油行业压力容器是属于特种设备，其设计和制造的质量直接关系到国家和人民的生命财产安全，所以材料的选择是否合适是重中之重。材料代用的相关审核人员在收到材料代用申请时，不能单纯的认为以高带低，以厚带薄就是可行的，要充分考虑各种可能产生的问题，避免造成安全隐患。由此可见，材料代用操作的重要性和存在的风险性，石油行业压力容器的设计单位和制造单位应该逐渐完善压力容器的设计制造管理体系，增加生产专业化，加强管理设备材料的供应链，尽量减少材料代用的发生，确保压力容器制造的安全性能。

　　参考文献：

　　[1]王娜.压力容器设计制造中的典型问题及对策[J].化工管理.2020，(02).

　　[2]刘亚楠.压力容器设计制造中的热处理问题分析[J].盐科学与化工.2021(03

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