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厚壁不锈钢压力容器设计中几点问题探讨 　　关键词：压力容器，复合钢板，开孔补强，堆焊，降低成本，不锈钢 　　Keywords: pressure container, composite steel plate, opening reinforcement, surfacing, reduce cost, stainless steel 　　中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号： 　　 在石油化工工程中，由于介质的高腐蚀性，大量地应用到不锈钢材质的压力容器；而又由于介质或工艺要求的高温高压，会造成压力容器壁厚的增大。一般对于壁厚超过50mm的压力容器可称得上是厚壁压力容器，对于此类压力容器由于在选材、结构设计、制造、检验和验收方面都有一定特殊性，无论是国内还是国外的压力容器法规都有一些特别的要求。 　　 当今大型的石化工程公司都是以总包（EPC）的形式承揽石化工程项目，而现在新建的许多石化项目投资动辄几个亿，甚至十几个亿人民币。这些项目中，非定型设备要有上千吨，甚至几千、上万吨，其中不锈钢设备又占有非常大的比重。因而对于其中吨位重的设备，尤其是不锈钢设备从选材到结构设计充分融入经济设计的理念，对于降低成本，提高效益是十分重要的。 　　 2004年我公司承揽了一项目的总承包，工作中我曾负责一台高压冷凝水蒸发罐的设计工作。该设备的主要设计参数如下表所示： 　　 　　 其设备简图如下图（图1）所示： 　　 　　 图1 　　 除了设计压力较高外，这是一台看上去很简单的压力容器，但在设计过程中我们还是遇到了一些问题，现拿出来与大家共同探讨一下。 　　首先在材料选择方面 　　 根据本设备的数据参数表得出本设备的计算参数： 　　 计算压力Pc=6.6MPa， 设备内径：Di=2500mm 　　 焊缝系数Φ=1.0 　　 由于工艺给定材质为304S.S.，根据本项目业主要求，不锈钢均采用进口材料，所以材质选为A-240-304，据ASME PART D 及GB150规定的钢材安全系数得到设计温度下其许用应力为[σ]t= 98MPa， 　　 据GB150-1998公式（5-1），本设备圆筒计算厚度为: 　　 　　 封头厚度计算略，其计算厚度再加上封头加工裕量应大于圆筒厚度。 　　 显然，若选用A-240-304不锈钢，设备筒体的厚度很大，其材料费和加工费都是很高的。 　　 当然，以上的设计计算只是???下面我的计算进行一下对比，我们搞压力容器设计的人大多都知道，对于如此壁厚的压力容器我们一般是选用不锈钢复合钢板（C.S.+S.S. CLADDING）来代替纯不锈钢钢板的。据业主要求不锈钢复合钢板也要用进口材料，因而我们决定选用碳钢+不锈钢复合板A-516-70+304S.S. CLADDING （3mm厚）材料进行设计。 　　 同样据ASME PART D （材料卷）及GB150规定的安全系数可得到在本设备设计温度下A-516-70的许用应力为[σ]t =129.3MPa，３mm不锈钢复合层材料强度忽略不计,则可得复合钢板中A-516-70基层材料计算厚度： 　　 　　 由以上相比较可以看出改用复合钢板后，其筒体厚度大为减小。这样，较用纯不锈钢板，用复合钢板后设备重量减小不少，设备加工费也会减少，这样就降低了成本。 　　 最后，我们设计中确定的筒体最终名义厚度为δns=69（66+3mm 304S.S. CLADDING），封头考虑加工裕量后最终名义厚度为80（76+4mm 304S.S. CLADDING）,封头计算公式略，考虑到封头冲压减薄量，封头材料不锈钢复合层取为4mm厚。 　　 根据材料的化学成份及强度特性，ASME材料A-516-70相当于国内材料16MnR，因而有关A-516-70的设计、制造、检验要求我们完全参照16MnR的要求，整个设备的制造，验收还要参照CD130A3-84《不锈钢复合钢板焊制压力容器技术条件》的要求。 　　 按GB150规定，厚度30mm以上的16MnR材质压力容器要在设备制造完毕后进行整体焊后热处理，因而本设备需做整体热处理（PWHT）。 　　 这样就会出现材料方面的另一个问题：我们知道奥氏体不锈钢在400℃~8500C冷却时，会析出高铬的碳化物，从而引起晶间腐蚀倾向。而醋酸对不锈钢又有着较强的晶间腐蚀倾向。16MnR的热处理温度为6000C 左右，即使将复合钢板焊后热处理温度降到5500C ，经过热处理后也会降低304S.S.复层的耐腐蚀性；而且本设备壁厚较厚，降低热处理温度后，热处理效果恐怕不太好。因而我们向工艺建议复层材料采用含碳更低的304L S.S.， 这样可以提高其抗晶间腐蚀的能力。 　　 最后我们选用的材料为A-516-70