压力容器制造过程中的材料代用思考

唐婵 徐宝泉

【摘要】在压力容器的设计和制造过程中，材料代用是一个非常关键的问题，若代用的材料不当，将会影响压力容器的正常使用性能，甚至还会带来一定的安全隐患。因此，在压力容器的制造过程中，一定要做好材料代用的选择。鉴于此，本文就压力容器制造过程中的材料代用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

【关键词】压力容器；材料代用；材料

一、材料代用的原则

依据TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中2.13的规定，压力容器制造或者现场组焊单位对主要受压元件的材料代用，应当事先取得原设计单位的书面批准，并且在竣工图上做详细记录。最基本的原则是代用材料必须是压力容器建造规范或标准允许使用的材料；代用材料必须具有满足容器设计要求的各项性能；代用材料的焊接性可以和被代用材料不同，但在制造厂具体条件下应该能够解决或在合同允许范围内通过改善现有条件可以解决。一般情况下材料代用应遵循以厚代薄、以高代低原则。

（一）以厚代薄

以厚代薄是指在材料性能相同或相似的情况下用相同钢号较厚规格的材料代替较薄规格的材料。

（二）以高代低

以高代低是指以较高级别或性能较好的材料代替较低级别或性能较差的材料。

二、材料代用的具体规定

在设备的设计和制造过程中，常常会出现材料采购困难或者出于经济上的考虑，材料代用的现象经常出现在压力容器的设计过程中。

（一）压力容器材料代用主要要求

（1）压力容器的承压部件在代用材料的选择上，应和被代用材料有着相同或者相似的外形质量、化学成分、尺寸公差、性能指标、检验项目和检验率等。

（2）材料代用最基本的原则是要绝对保证，在技术要求上，代用材料不得低于被代用材料，个别在检测率或性能项目上要求不严格的代用材料，可以采取检验、测试的方式来选择合适的代用材料。

（二）材料代用的手续要求

（1）容器承压部件的代用要严格进行，须经由代用单位技术部门的批准并上报代用材料的复检报告或质量证明，由主管负责人核准批复。

（2）必须在获得原设计单位的允许并拿到证明文件后，才可以在压力容器制造时进行材料代用；

（3）压力容器的设计图、施工图以及出厂时的质量证明书中要细致标注代用材料的规格部位、材质和规格。

三、压力容器材料代用的基本程序

压力容器材料代用并不是简单的材料替代，是针对生产的实际情况，做出的一种有效改变，在实际应用过程中，必须注重把握以下几点内容。第一，材料代用必须由原来设计单位提供材料的型号、规格及技术条件等重要信息，保证材料在使用过程中，能更好地满足于实际制造需要。同时，制造主管部门要对原设计单位提供的材料信息进行审核，确保其在压力容器制造中不会产生不良影响，然后再进行材料代用。第二，主管部门审核完成后，需要将材料代用申请单进行回邮，由原来设计单位进行审核，并需要进行相关实验，只有原设计单位允许进行材料代用，才可以执行材料代用，否则，将不允许进行材料代用。第三，当压力容器制造完成后，在出厂质量证明书中，要对材料代用部门进行明确地标识，详细记录材料代用的具体情况，并且要对材料代用情况进行记录备案。

四、材料代用中的注意事项

（1）当厚板代替薄板时，有可能引起连接处的结构变化，如简体与加厚封头的连接，通常需要对封头进行外削边处理。当厚度增加较多的时候，还有可能涉及到焊接结构的变化；（2）整体以厚代薄，即使不会增加封头与筒体连接部位的局部应力，也会造成一些不利影响：①增大板厚，原设计选用的焊接方式、探伤方法及热处理要求等可能发生相应的变化；②板厚增大必然增加容器的重量，对容器的支座和基础产生不利影响；③随板厚增加材料许用应力呈下降趋势，以厚代薄有可能导致强度不足，必要时须进行强度验算；④换热器主要受压元件以厚代薄会增大温差应力，造成力系不平衡，必须重新进行设计计算；⑤采用无缝管做筒体的小直径换热器，以厚代薄应当适量减小折流板外径，并核对折流板外径的减小量是否在允许范围之内；⑥不宜过分增厚开孔补强板，过厚的补强板容易引起补强板与简体连接的外周较高的应力集中，严重时可导致起焊角部位开裂；⑦以厚代薄可能导致受压部件过大的厚度差，有可能影响射线探伤质量，甚至使探伤失效，即使可以采取相应的措施避免漏检，制造成本会相应地有所增加。

五、结语

总之，在压力容器制造过程中，对于材料的代用应该严格按照材料代用的程序进行，并且要严格遵循以高代低和以厚代薄的原则，同时加强材料代用造成的各种影响的关注，对于很多技术参数以及设备的强度等都需要重新计算和验算。

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