압력용기 제조 시 재료 대체 분석에 대한 간략한 논의

압력 용기 제조 시 재료 대체 분석에 대한 간략한 논의

논문 키워드: 우수한 압력 용기 재료를 열등한 재료로, 두꺼운 재료를 더 얇은 재료로 대체

논문 요약: 압력 용기 설계에서 가장 중요한 부분 중 하나는 재료 선택이며 이는 압력 용기의 품질 및 안전성과 직접적인 관련이 있습니다. 그러나 장비 제조 과정에서 조달의 어려움 등의 요인으로 인해 재료 대체가 흔히 발생합니다. 및 일반적인 대체 문제에는 열등한 것을 우수한 것으로 교체하는 것, 열등한 것을 두꺼운 것으로 교체하는 것 등이 포함됩니다. 이러한 문제는 용기의 품질 및 안전성뿐만 아니라 투자자의 경제 및 경영 문제와 직접적으로 관련됩니다. 그리고 건설 당사자들은 우리의 관심을 받을 자격이 있습니다.

올바른 재료를 선택하는 방법은 압력 용기 설계 및 제작의 첫 번째 단계이자 직관적이고 중요한 단계이기도 합니다. 압력 용기의 설계 및 제조 과정에서 재료를 부적절하게 선택하면 용기의 안전한 사용에 중대한 숨겨진 위험이 남게 됩니다. 따라서 압력용기의 재질을 선정할 때에는 설계압력, 온도, 작동특성, 매체특성 등 용기의 구체적인 사용조건을 고려하여 기계적 성질, 용접성, 내식성 등 적절한 물성을 갖춘 재질을 선택해야 합니다. 또한 재료를 선택할 때 특정 가공 기술 및 경제성과 같은 다른 요소도 충분히 고려해야 합니다.

1 자재 대체에 관한 구체적 조항

장비의 설계 및 제작 과정에서 자재 조달에 어려움이 있거나 경제적 고려로 인해 자재 대체 현상이 자주 발생하는 경우가 있다. 압력 용기 설계 과정 중. "고정식 압력 용기에 대한 기술 안전 감독 규정(TSG R0004-2009)" 및 "강철 압력 용기(GB150-1998)"에는 재료 대체에 대한 관련 조항이 있습니다. 일반적으로 주요 요구 사항은 다음과 같습니다. 대체 재료를 선택할 때 압력 용기의 압력 베어링 부품은 대체 재료와 동일하거나 유사한 외관 품질, 화학적 조성, 치수 허용 오차, 성능 지표, 검사 항목 및 검사 속도를 가져야 합니다. . 재료 대체의 가장 기본적인 원칙은 기술 요구 사항 측면에서 대체 재료가 대체 재료보다 낮아서는 안 된다는 것을 절대적으로 보장해야 한다는 것입니다. 검출률이나 성능 항목에 대한 엄격한 요구 사항이 없는 개별 대체 재료는 대체 재료일 수 있습니다. 검사 및 테스트를 통해 적합한 대체 재료를 선택합니다. 재료 대체 절차 요구 사항은 다음과 같습니다. (1) 용기의 압력 베어링 부품 교체는 엄격하게 수행되어야 하며 대체 장치의 기술 부서의 승인을 받아야 하며 대체 재료의 재검사 보고서 또는 품질 인증서가 있어야 합니다. (2) 재료 대체는 원래 설계 단위 및 인증 문서의 허가를 받은 후에만 압력 용기 제조 중에 이루어질 수 있습니다. (3) 대체 재료는 주의 깊게 표시되어야 합니다. 압력 용기의 설계 도면, 건축 도면 및 공장 품질 인증서 사양 부품, 재료 및 사양.

2 열세를 우수함으로 대체

압력용기에 사용되는 모든 금속재료는 기계적 물성, 내식성, 내열성, 재료의 제조공정 등 우수한 특성을 갖추어야 합니다. 각 소재의 성능은 정해져 있는데, 성능 비교의 관점에서 보면 '우수' 소재와 '열등' 소재의 문제가 자주 발생합니다. 그러나 각 유형의 압력 용기는 상황에 따라 재료 성능 요구 사항이 다릅니다. 따라서 재료 대체에 대한 "우수"와 "열등"의 판단은 현실에 기초하여 구체적인 문제를 자세히 분석해야 합니다. 아래에서 저자는 내 자신의 작업 경험을 바탕으로 "열등함을 우월함으로 대체"하는 몇 가지 전형적인 문제를 주로 논의합니다.

2.1 압력 용기 생산에 있어서 일반적으로 사용되는 저합금강은 강도, 기계적 특성 등 기계적 특성이 탄소강보다 확실히 우수하지만 냉간 가공 성능과 용접성은 그다지 좋지 않습니다. 탄소강으로. 일반적으로 강도 수준이 높으면 냉간 가공 성능과 용접성이 떨어지며 둘은 음의 상관 관계가 있습니다. 따라서 이 부분을 대체할 경우 용접 공정도 이에 따라 조정되어야 하며 열처리 중에도 이에 상응하는 변경이 있을 수 있으므로 이에 주의를 기울여야 합니다.

2.2 재료를 대체할 때는 신중하고 포괄적인 고려가 이루어져야 합니다. 그렇지 않으면 압력 용기의 실제 사용 시 다양한 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 습한 황화수소 환경에 있고 응력 부식 균열의 위험이 있는 장비의 경우 응력 부식 균열에 대한 용기의 민감도는 용기에 사용되는 강철의 강도 수준에 따라 증가하며, 이 둘은 양의 상관 관계가 있습니다. . 이때, 20R, Q235, 20R계열의 강을 16MnR 등의 저합금강과 함께 사용하면 문제가 발생하기 쉬우므로 이러한 '열등한 것을 우수한 것으로 대체하는' 방식은 원칙적으로 불가능하며, 금지됩니다. 킬드강은 여러 성능 측면에서 보일드 스틸에 비해 장점이 있지만, 에나멜 유리 용기를 제조할 때 킬드강의 에나멜 효과는 보일드 스틸만큼 좋지 않습니다.

2.3 일반적으로 스테인리스강은 내식성이 우수하지만 염화물 이온이 포함된 환경에서는 내식성이 저합금강이나 탄소강만큼 좋지 않습니다.

2.4 일반 스테인레스강과 비교하면 초저탄소 스테인레스강은 가격 우위와 내식성이 우수하지만 전자가 고온 열강도가 더 좋습니다. 일반적으로 내식성을 향상시키기 위해서는 탄소 함량을 줄여야 하며, 내열성을 향상시키기 위해서는 탄소 함량을 높여야 합니다. 따라서 이 경우 "열등함을 우월함으로 대체"하려면 장비 온도를 특히 정확하게 설계해야 하며, 필요한 경우 다시 계산해야 합니다.

2.5 신축이음장치, 파열판, 플랙시블 튜브시트 등의 부품은 원칙적으로 품질이 낮은 부품으로 교체할 수 없으며, 특수한 상황에서 교체해야 하는 경우에는 대체재료를 기준으로 정확한 계산을 하여야 한다. 이에 따라 부품 두께를 적절하게 조정하여 해당 부품 및 인접 부위의 오작동이나 고장을 방지합니다.

2.6 열교환기 튜브 플레이트의 경우 플레이트에 비해 전체적인 성능이 단조품이 좋기 때문에 단조품을 사용하는 것이 일반적이나, 튜브 플레이트의 두께가 6cm 미만인 경우 플레이트를 사용할 수도 있습니다. 다만, 단조품과 판재의 두께, 재질, 설계온도가 동일하더라도 둘의 허용인가응력은 다르다는 점에 유의해야 한다. 후자보다 약간 낮습니다. 따라서 플레이트 교체를 위해 단조품이 필요한 경우 튜브 플레이트 두께를 다시 승인해야 합니다.

강철의 경우 화학적 조성의 작은 차이가 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 모든 유형의 압력 용기 철강에 대해 "우수한 것을 대체하는" 문제에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 제품이 원래 디자인과 일치하지 않도록 하십시오.

3 얇은 것을 두꺼운 것으로 교체

"얇은 것을 두꺼운 것으로 교체"는 쉘의 응력 상태를 평면 응력 상태에서 평면 변형 상태로 변경하는 경우가 많으며 이는 부정적인 영향을 미칩니다. 일반적인 상황에서는 벽이 두꺼운 용기가 벽이 얇은 용기보다 3차원 인장 응력을 더 많이 발생시켜 평면 변형 취성 파괴가 발생할 수 있습니다. .

3.1 원래 설계에서 헤드와 실린더 사이의 용접 두께가 동일한 용기의 경우

용기 쉘의 개별 부품을 더 얇게 만드는 대신 두껍게 만들면 쉽게 쉘의 두께를 늘리면 몸체의 기하학적 불연속성이 헤드와 실린더 사이의 연결부에 국부적인 응력을 증가시켜 응력 부식 경향이 있어 용기에 큰 손상을 초래합니다. 피로균열이 발생할 수 있으며, 심한 경우 피로골절이 발생할 수도 있습니다.

3.2 두꺼운 플레이트가 얇은 플레이트를 교체할 때 연결 구조에 상응하는 변경이 발생하는 경우가 많습니다. 예를 들어 실린더가 두꺼운 헤드에 연결되면 일반적으로 헤드를 다듬어야 합니다. 파이프를 메인 실린더로 사용하는 장비의 경우 실린더 벽의 두께가 증가하면 헤드와 실린더 사이의 연결 지점에서 실린더 내부 가장자리도 다듬어야 합니다. 두께가 크게 증가하는 경우 이는 용접 공정의 변화와 관련이 있는 경우가 많습니다.

3.3 컨테이너 쉘 전체 레벨의 "얇음 대신 두께"는 실린더 연결부와 헤드에 국부적인 응력을 증가시키지 않지만 필연적으로 다음과 같은 부작용을 초래합니다. 1) 두께가 증가한 후에는 원래 쉘 설계의 결함 탐지 방법 및 용접 프로세스도 이에 따라 변경되어야 하며, 2) 쉘 두께가 증가하면 무게가 필연적으로 증가합니다. 3) 쉘이 열 전달 효과를 갖는 용기의 경우, 쉘 두께의 증가는 확실히 열 전달 효과에 영향을 미칩니다.

3.4 강판의 허용 적용 응력은 두께와 밀접한 관련이 있습니다. "강철 압력 용기(GB150-1998)"에서는 강판의 허용 적용 힘이 판 두께가 증가함에 따라 감소한다고 지적합니다. 2. 음의 상관관계가 있습니다. 예를 들어, 20℃-150℃ 환경에서 16MnR 판의 두께가 16mm에서 18mm로 변경되면 허용 적용 힘은 20R의 판 두께가 16mm에서 18mm로 변경되면 170MPa에서 167MPa로 감소합니다. , 허용 적용 힘이 135MPa에서 125MPa로 감소됩니다. 얇은 재료 대신 두꺼운 재료를 사용하면 강도가 부족할 수 있음을 알 수 있으므로, 임계상태에서 얇은 재료 대신 두꺼운 재료를 사용할 경우에는 강도를 검증해야 한다.