呂明璐

摘要：本文針對(duì)石油行業(yè)壓力容器設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中發(fā)生的材料代用問(wèn)題進(jìn)行分析，主要從材料代用的規(guī)范要求、操作程序，材料代用常見(jiàn)問(wèn)題等方面進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：壓力容器 材料代用 許用應(yīng)力

在石油行業(yè)壓力容器的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造過(guò)程中，材料代用是一個(gè)非常常見(jiàn)的現(xiàn)象。最常見(jiàn)的原因是由于制造商在采購(gòu)過(guò)程中無(wú)法采購(gòu)到設(shè)計(jì)規(guī)定的材料，或是制造商的現(xiàn)有庫(kù)存與所需材料的不符合，出于經(jīng)濟(jì)考慮為快速消除庫(kù)存，減少采購(gòu)流程而選用的一種手段。石油行業(yè)壓力容器的設(shè)計(jì)階段，選材是非常關(guān)鍵的一步，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段，選材是非常慎重的，一旦選用的代用材料不合適，會(huì)對(duì)壓力容器的質(zhì)量和安全使用產(chǎn)生非常大的隱患。

一、石油行業(yè)壓力容器制造過(guò)程規(guī)范要求及程序

《固容規(guī)》中規(guī)定：壓力容器制造過(guò)程中對(duì)主要受壓元件的材料代用，應(yīng)當(dāng)取得原設(shè)計(jì)單位的書(shū)面批準(zhǔn)，且要在壓力容器的竣工圖紙上做出詳細(xì)的記錄。

在選擇代用材料時(shí)要按照一定的程序來(lái)進(jìn)行。一，應(yīng)由制造單位填寫(xiě)相應(yīng)的材料代用申請(qǐng)單，在申請(qǐng)單中，應(yīng)該要明確標(biāo)注材料的代用原因、代用規(guī)格型號(hào)、代用數(shù)量、代用品牌等等。材料代用單要經(jīng)壓力容器制造商的技術(shù)責(zé)任師簽字生效。二，要將材料代用單報(bào)送至原壓力容器的設(shè)計(jì)單位，經(jīng)過(guò)原設(shè)計(jì)單位書(shū)面批準(zhǔn)執(zhí)行。若原壓力容器的設(shè)計(jì)單位不同意這一材料的代用，則不可選取代用。三，在壓力容器制造完成后，壓力容器制造企業(yè)制作出廠質(zhì)量證明文件和竣工圖紙中必須要詳細(xì)的說(shuō)明材料代用的情況，將代用材料的規(guī)格型號(hào)、代用位置、代用材質(zhì)都要詳細(xì)注明。材料代用申請(qǐng)單必須隨其他的資料一起歸檔，按照相關(guān)的規(guī)定存放在相應(yīng)的設(shè)備檔案中。

二、石油行業(yè)壓力容器制造過(guò)程中材料代用常見(jiàn)情況

（一）以厚帶薄

以厚帶薄指的是在材料的性能相近或相同的情況之下，選用相同鋼號(hào)規(guī)格較厚的材料來(lái)代替規(guī)格較薄的材料。然而在實(shí)際的操作中，以厚帶薄并不是單純的指厚度越厚的材料強(qiáng)度就越高，表1中列出了在不同溫度下Q345R鋼板的許用應(yīng)力。

從表1中可看出，隨著Q345R鋼板的厚度增加，許用應(yīng)力呈現(xiàn)下降的狀態(tài)。例如在當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在200℃時(shí)，16mm厚度的Q345R鋼板的許用應(yīng)力為183MPa，而18mm厚度的Q345R鋼板的許用應(yīng)力則下降為170MPa。很顯然，Q345R鋼板厚度的增加并不能帶來(lái)強(qiáng)度的增加，反而會(huì)因厚度的增加導(dǎo)致強(qiáng)度不夠。

以較厚的材料代替較薄的材料時(shí)，有可能會(huì)引起連接處結(jié)構(gòu)的變化，還可能導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的變化。因此，在選擇材料代用時(shí)，不能簡(jiǎn)單的只考慮以厚帶薄就可，而應(yīng)取得原設(shè)計(jì)單位的書(shū)面批注，由原設(shè)計(jì)單位根據(jù)實(shí)際情況綜合的考慮代用是否可行，并對(duì)焊接的方式、探傷的方式等做出相應(yīng)的調(diào)整，才可以執(zhí)行材料代用。

（二）以高帶低

以高帶低指的是選用級(jí)別或者性能相對(duì)好的材料來(lái)代替級(jí)別較低或性能相對(duì)較差的材料。這種材料代用的選取，可能提升壓力容器的整體性能，在實(shí)際使用中，能保證壓力容器性能的穩(wěn)定性。然而在實(shí)際操作中，材料的好與壞、高與低是相對(duì)的，不能單純的從化學(xué)成分或是價(jià)格的高低來(lái)決定某種材料的好與壞的。例如表2中列出了在不同溫度下Q345R和16MnDR鋼板的許用應(yīng)力。

Q345R和16MnDR的化學(xué)成分極其類似，而且16MnDR的市場(chǎng)價(jià)格要高于Q345R，但是從表中可以看出，當(dāng)溫度高于150℃的情況之下，16MnDR的許用應(yīng)力迅速下降，當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，Q345R的許用應(yīng)力已經(jīng)高于16MnDR的許用應(yīng)力了。很顯然，如果在200℃以上時(shí)，用16MnDR直接代替Q345R就無(wú)法保證硬度的要求了。此時(shí)材料代用就需要上報(bào)給原設(shè)計(jì)單位進(jìn)行重新核算，根據(jù)原設(shè)計(jì)單位的書(shū)面批復(fù)決定是否接受材料代用，只有經(jīng)過(guò)原設(shè)計(jì)單位的審批通過(guò)，才可以按照代用材料進(jìn)行生產(chǎn)。

三、石油行業(yè)壓力容器制造過(guò)程中材料代用的注意事項(xiàng)

在材料代用的實(shí)際操作中，首先要根據(jù)材料的實(shí)際情況，對(duì)后續(xù)的焊接工藝及焊接用材料進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證后續(xù)選擇焊接材料和焊接工藝的準(zhǔn)確性。在材料以厚帶薄時(shí)，對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)形式會(huì)產(chǎn)生一定的影響，例如，當(dāng)封頭材料以厚帶薄時(shí)，制造過(guò)程中就要對(duì)封頭進(jìn)行外削邊處理，以避免連接處的結(jié)果產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)代用材料厚度過(guò)度增加的時(shí)候，就需要考慮是否要調(diào)整焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式，例如，殼體之間的焊縫從原來(lái)的單向V型坡口變?yōu)殡p面X型坡口。材料代用過(guò)程中，要對(duì)設(shè)備強(qiáng)度進(jìn)行重新計(jì)算和驗(yàn)算，避免因許用應(yīng)力的變化而導(dǎo)致設(shè)備強(qiáng)度不能滿足要求。

除了以上注意事項(xiàng)外，還應(yīng)該充分考慮經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，因?yàn)椴牧洗糜绊懺O(shè)備的成本，尤其是當(dāng)設(shè)備的主體材料發(fā)生代用時(shí)，應(yīng)該慎重考慮代用的可行性。

四、總結(jié)

石油行業(yè)壓力容器是屬于特種設(shè)備，其設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以材料的選擇是否合適是重中之重。材料代用的相關(guān)審核人員在收到材料代用申請(qǐng)時(shí)，不能單純的認(rèn)為以高帶低，以厚帶薄就是可行的，要充分考慮各種可能產(chǎn)生的問(wèn)題，避免造成安全隱患。由此可見(jiàn)，材料代用操作的重要性和存在的風(fēng)險(xiǎn)性，石油行業(yè)壓力容器的設(shè)計(jì)單位和制造單位應(yīng)該逐漸完善壓力容器的設(shè)計(jì)制造管理體系，增加生產(chǎn)專業(yè)化，加強(qiáng)管理設(shè)備材料的供應(yīng)鏈，盡量減少材料代用的發(fā)生，確保壓力容器制造的安全性能。

參考文獻(xiàn)：

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