不銹鋼復合鋼板壓力容器設計制造厚度偏差分析

郭龍

摘 要 在我國社會經濟發展水平持續提高之下，石油化工、煤化工等眾多行業實現了全新的發展。在此過程中，不銹鋼復合鋼板因其具有的特殊優勢而被廣泛運用在壓力容器的設計與制造當中，但由于其設計厚度與實際制造厚度之間會產生一定偏差，因此可能會使得制造而成的壓力容器無法有效滿足設計要求。基于此，本文將通過簡單分析不銹鋼復合鋼板壓力容器的設計作為研究其切入點，著重圍繞不銹鋼復合鋼板壓力容器設計、制造厚度偏差進行簡要分析研究。

關鍵詞 不銹鋼復合鋼板；壓力容器；設計制造；厚度偏差

中圖分類號 TG3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0056-01

在當前科學技術的幫助之下，我國原油等開采量和加工量不斷增多，但與此同時原油等物質的穩定性也開始受到人們的廣泛關注。目前在設計和制造壓力容器的過程中，不銹鋼復合鋼板是一種使用比較廣泛的材料，其可以較好地實現長時間保障裝置安全穩定運行的目標，因此為保障不銹鋼復合鋼板壓力容器能夠充分發揮出其應有效用，有必要對不銹鋼復合鋼板壓力容器設計、制造厚度的偏差進行分析。

1 不銹鋼復合鋼板壓力容器的設計

1.1 材料選用

不銹鋼復合鋼板是一種通過爆炸成形等方式有機整合不銹鋼和碳素鋼或是低合金鋼板的材料，其中不銹鋼是復層，碳素鋼或低合金鋼板則被稱之為基層。不銹鋼復合鋼板具有較強的可焊與成型特性，同時可以有效抵抗腐蝕、銹蝕，因此也被廣泛運用在各行各業當中[1]。而在使用不銹鋼復合鋼板設計制造壓力容器時，工作人員可以根據具體需要，從生產復合鋼板的廠家處直接購買成品板材即可，但如果基層材料較為特殊或是有其他特殊設計要求，則可以分別從不同廠家處購買基層材料和復層不銹鋼材料，最后統一交由復合板生產廠家進行加工復合即可。圖1展示的就是使用不銹鋼復合鋼板設計制造而成的儲氣罐。

1.2 設計流程

在設計不銹鋼復合鋼板壓力容器的過程當中，首先設計人員需要嚴格按照相關工藝技術要求以及設計要求，制定出科學合理的設計、制造和驗收技術要求，之后需要根據既定的設計與制造方案選購規格厚度相適宜的不銹鋼復合鋼板，并正式進入到制造環節。由質量檢驗人員對設備封頭和筒體等厚度進行全方位地測量和計算，但考慮到不銹鋼復合鋼板壓力容器在制造時，因材料本身容易出現塑性變形，因而可能導致實際筒厚與設計厚度之間出現偏差，故需要設計人員在設計過程中對各種附加量進行充分考慮，并適當增加適量的安全量，從而有效保障不銹鋼復合鋼板壓力容器能夠與設計制造要求完全吻合，避免其在設計和制造過程中出現不必要的損失。

2 不銹鋼復合鋼板壓力容器設計與制造厚度的

偏差

2.1 允許偏差

不銹鋼復合鋼板壓力容器在設計與制造過程中并非完全不允許出現任何厚度上的偏差，根據國家相關標準要求規定，在設計和制造不銹鋼復合鋼板壓力容器時，復層材料允許有不超過±10%且不大于±1.0mm的厚度差，即不銹鋼這一復層材料的厚度偏差需要控制在±1mm以內。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±0.5mm，將二者進行相加之后即可得到不銹鋼復合鋼板壓力容器的設計與制造總厚度允許偏差，即為1.5mm[2]。但隨著我國工藝技術的不斷提高，其對不銹鋼復合鋼板壓力容器設計和制造也提出了更為嚴苛的要求，現如今壓力容器的復層材料允許負偏差不得超過0.3mm，基層材料的固定負偏差為0.3mm，累積負偏差的最大值不得超過0.8mm，壓力容器總厚度允許負偏差必須控制在1.2mm以內。

2.2 計算實例

以筆者所在工廠中的某臺不銹鋼復合鋼板設計制造而成的壓力容器為例，該壓力容器的公稱直徑Ф為2 800mm，設計壓力和設計溫度分別為4.0MPa以及250℃，壓力容器容積為42m3，介質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Ф為1，兩橢圓封頭切線之間殼體長度為5 800mm，整臺不銹鋼復合鋼板壓力容器主要是由S31603+Q345R制作而成，在250℃的設計溫度之下，壓力容器筒體基層材料的許用應力為147MPa，腐蝕余量為C1=1mm，鋼板負偏差C2=0.3mm。

根據計算公式即可求出壓力容器當中的內壓圓筒壁厚，在這一公式當中，代表著壓力容器的計算厚度，Pc代表著計算壓力，單位為MPa，Di代表著壓力容器內壓圓筒內徑，單位為mm，則代表著壓力容器在設計溫度之下的許用應力，單位為MPa，而焊接接頭系數則用Ф進行表示。通過將工廠中的這臺不銹鋼復合鋼板設計制造而成的壓力容器各項參數代入到計算公式當中，我們可以得知圓筒計算厚度為=38.62mm，而基層材料的名義厚度通過將38.62+1+0.3后可以計算得出為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復合板的廠家處直接訂購厚度為3+40mm的S31603+Q345R的不銹鋼復合鋼板，則其訂購的材料厚度應當在43.8mm以上。但在實際生產制造壓力容器設備筒體的過程當中，筒體會因塑性變形而變薄，減薄量為，因此整臺壓力容器的加工減薄量應當為，在排除復層材料厚度強度這一因素之后，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當在38.62+1=39.62mm以上。而利用爆炸成型法下的不銹鋼復合鋼板，其基層材料的厚度應當為40-0.66=39.34mm，遠遠小于圓筒卷制成型之后設計要求的39.62mm的基層材料厚度，導致設計制造而成的不銹鋼復合鋼板壓力容器無法有效滿足設計要求[3]。因此需要工作人員在采購不銹鋼復合鋼板的過程中，對其設計、制造厚度偏差以及可能影響其出現厚度偏差的各項因素進行充分考量，并適當增加筒體厚度，保障壓力容器筒體壁厚在3+42mm左右從而有效應對厚度偏差。

3 結論

總而言之，通過本文的分析研究我們可以得知不銹鋼復合鋼板，在被用于設計和制造壓力容器的過程當中，其設計厚度往往會與實際制造時的厚度之間產生偏差，并可能由此導致設計制造而成的不銹鋼復合鋼板壓力容器無法與設計要求相吻合。因此工作人員在進行不銹鋼復合鋼板壓力容器的制造時，需要結合具體的設計要求認真挑選厚度適中的材料，并對設計與制造的允許偏差進行明確，設計人員在進行不銹鋼復合鋼板壓力容器的設計時，也應充分考慮制造過程中的加工減薄量，必要時應在設計圖紙中標明殼體的最小厚度，通過在設計過程中適當增加安全余量等措施以盡可能消除不銹鋼復合鋼板壓力容器的設計與制造厚度偏差，進而有效保障壓力容器的設計與制造質量。

參考文獻

[1]肖文麗，韓玉梅.不銹鋼復合鋼板制造壓力容器設計厚度探討[J].中國特種設備安全，2011（10）：26-27.

[2]吳進銀，張靜.不銹鋼復合鋼板壓力容器設計、制造厚度偏差探討[J].化學工程與裝備，2015（8）：114，131.

[3]陳盛秒.不銹鋼復合板壓力容器設計制造技術探討[J].石油化工設備技術，2010（6）：29-32，24.