不锈钢复合钢板压力容器设计制造厚度偏差分析

郭龙

摘 要 在我国社会经济发展水平持续提高之下，石油化工、煤化工等众多行业实现了全新的发展。在此过程中，不锈钢复合钢板因其具有的特殊优势而被广泛运用在压力容器的设计与制造当中，但由于其设计厚度与实际制造厚度之间会产生一定偏差，因此可能会使得制造而成的压力容器无法有效满足设计要求。基于此，本文将通过简单分析不锈钢复合钢板压力容器的设计作为研究其切入点，着重围绕不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度偏差进行简要分析研究。

关键词 不锈钢复合钢板；压力容器；设计制造；厚度偏差

中图分类号 TG3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0056-01

在当前科学技术的帮助之下，我国原油等开采量和加工量不断增多，但与此同时原油等物质的稳定性也开始受到人们的广泛关注。目前在设计和制造压力容器的过程中，不锈钢复合钢板是一种使用比较广泛的材料，其可以较好地实现长时间保障装置安全稳定运行的目标，因此为保障不锈钢复合钢板压力容器能够充分发挥出其应有效用，有必要对不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度的偏差进行分析。

1 不锈钢复合钢板压力容器的设计

1.1 材料选用

不锈钢复合钢板是一种通过爆炸成形等方式有机整合不锈钢和碳素钢或是低合金钢板的材料，其中不锈钢是复层，碳素钢或低合金钢板则被称之为基层。不锈钢复合钢板具有较强的可焊与成型特性，同时可以有效抵抗腐蚀、锈蚀，因此也被广泛运用在各行各业当中[1]。而在使用不锈钢复合钢板设计制造压力容器时，工作人员可以根据具体需要，从生产复合钢板的厂家处直接购买成品板材即可，但如果基层材料较为特殊或是有其他特殊设计要求，则可以分别从不同厂家处购买基层材料和复层不锈钢材料，最后统一交由复合板生产厂家进行加工复合即可。图1展示的就是使用不锈钢复合钢板设计制造而成的储气罐。

1.2 设计流程

在设计不锈钢复合钢板压力容器的过程当中，首先设计人员需要严格按照相关工艺技术要求以及设计要求，制定出科学合理的设计、制造和验收技术要求，之后需要根据既定的设计与制造方案选购规格厚度相适宜的不锈钢复合钢板，并正式进入到制造环节。由质量检验人员对设备封头和筒体等厚度进行全方位地测量和计算，但考虑到不锈钢复合钢板压力容器在制造时，因材料本身容易出现塑性变形，因而可能导致实际筒厚与设计厚度之间出现偏差，故需要设计人员在设计过程中对各种附加量进行充分考虑，并适当增加适量的安全量，从而有效保障不锈钢复合钢板压力容器能够与设计制造要求完全吻合，避免其在设计和制造过程中出现不必要的损失。

2 不锈钢复合钢板压力容器设计与制造厚度的

偏差

2.1 允许偏差

不锈钢复合钢板压力容器在设计与制造过程中并非完全不允许出现任何厚度上的偏差，根据国家相关标准要求规定，在设计和制造不锈钢复合钢板压力容器时，复层材料允许有不超过±10%且不大于±1.0mm的厚度差，即不锈钢这一复层材料的厚度偏差需要控制在±1mm以内。而低合金钢板或碳素钢等基层材料的厚度偏差不允许超过±0.5mm，将二者进行相加之后即可得到不锈钢复合钢板压力容器的设计与制造总厚度允许偏差，即为1.5mm[2]。但随着我国工艺技术的不断提高，其对不锈钢复合钢板压力容器设计和制造也提出了更为严苛的要求，现如今压力容器的复层材料允许负偏差不得超过0.3mm，基层材料的固定负偏差为0.3mm，累积负偏差的最大值不得超过0.8mm，压力容器总厚度允许负偏差必须控制在1.2mm以内。

2.2 計算实例

以笔者所在工厂中的某台不锈钢复合钢板设计制造而成的压力容器为例，该压力容器的公称直径Ф为2 800mm，设计压力和设计温度分别为4.0MPa以及250℃，压力容器容积为42m3，介质为湿硫化氢工况易燃易爆工艺气体。压力容器的焊接接头系数Ф为1，两椭圆封头切线之间壳体长度为5 800mm，整台不锈钢复合钢板压力容器主要是由S31603+Q345R制作而成，在250℃的设计温度之下，压力容器筒体基层材料的许用应力为147MPa，腐蚀余量为C1=1mm，钢板负偏差C2=0.3mm。

根据计算公式即可求出压力容器当中的内压圆筒壁厚，在这一公式当中，代表着压力容器的计算厚度，Pc代表着计算压力，单位为MPa，Di代表着压力容器内压圆筒内径，单位为mm，则代表着压力容器在设计温度之下的许用应力，单位为MPa，而焊接接头系数则用Ф进行表示。通过将工厂中的这台不锈钢复合钢板设计制造而成的压力容器各项参数代入到计算公式当中，我们可以得知圆筒计算厚度为=38.62mm，而基层材料的名义厚度通过将38.62+1+0.3后可以计算得出为39.92mm，所以基层筒体的名义厚度可以取40mm。因此整个压力容器的筒体总厚度可以取3+40mm。而如果工作人员从生产复合板的厂家处直接订购厚度为3+40mm的S31603+Q345R的不锈钢复合钢板，则其订购的材料厚度应当在43.8mm以上。但在实际生产制造压力容器设备筒体的过程当中，筒体会因塑性变形而变薄，减薄量为，因此整台压力容器的加工减薄量应当为，在排除复层材料厚度强度这一因素之后，我们可以得知，压力容器圆筒在卷制成型之后其基层材料的厚度应当在38.62+1=39.62mm以上。而利用爆炸成型法下的不锈钢复合钢板，其基层材料的厚度应当为40-0.66=39.34mm，远远小于圆筒卷制成型之后设计要求的39.62mm的基层材料厚度，导致设计制造而成的不锈钢复合钢板压力容器无法有效满足设计要求[3]。因此需要工作人员在采购不锈钢复合钢板的过程中，对其设计、制造厚度偏差以及可能影响其出现厚度偏差的各项因素进行充分考量，并适当增加筒体厚度，保障压力容器筒体壁厚在3+42mm左右从而有效应对厚度偏差。

3 结论

总而言之，通过本文的分析研究我们可以得知不锈钢复合钢板，在被用于设计和制造压力容器的过程当中，其设计厚度往往会与实际制造时的厚度之间产生偏差，并可能由此导致设计制造而成的不锈钢复合钢板压力容器无法与设计要求相吻合。因此工作人员在进行不锈钢复合钢板压力容器的制造时，需要结合具体的设计要求认真挑选厚度适中的材料，并对设计与制造的允许偏差进行明确，设计人员在进行不锈钢复合钢板压力容器的设计时，也应充分考虑制造过程中的加工减薄量，必要时应在设计图纸中标明壳体的最小厚度，通过在设计过程中适当增加安全余量等措施以尽可能消除不锈钢复合钢板压力容器的设计与制造厚度偏差，进而有效保障压力容器的设计与制造质量。

参考文献

[1]肖文丽，韩玉梅.不锈钢复合钢板制造压力容器设计厚度探讨[J].中国特种设备安全，2011（10）：26-27.

[2]吴进银，张静.不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度偏差探讨[J].化学工程与装备，2015（8）：114，131.

[3]陈盛秒.不锈钢复合板压力容器设计制造技术探讨[J].石油化工设备技术，2010（6）：29-32，24.