制藥裝備中壓力容器鋼材選取要點解析

朱相武 孟凡剛

（1.杭州創(chuàng)普節(jié)能設(shè)備有限公司，杭州 310000；2.浙江成漢思創(chuàng)化工設(shè)備有限公司，湖州 313219）

制藥企業(yè)在選取壓力容器鋼材的過程中，選取的壓力容器鋼材應(yīng)滿足強(qiáng)度、韌性、可加工性、耐腐性以及使用性等要求。制藥企業(yè)可以根據(jù)鋼材選取要求和制藥標(biāo)準(zhǔn)挑選不同的壓力容器鋼材。現(xiàn)階段用于制造壓力容器的鋼材種類較多，制藥企業(yè)應(yīng)遵循選取原則、要求以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取性價比較高的鋼材。這樣不僅可有效增加壓力容器的使用壽命，而且能降低設(shè)備制造成本，從而提升制藥企業(yè)的制藥水平。

1 制藥裝備中壓力容器用鋼的基本要求

1.1 強(qiáng)度

制藥壓力容器在生產(chǎn)藥品的過程中會受到藥品施加的荷載，所以壓力容器應(yīng)具備較高的強(qiáng)度，以便承受較高的荷載[1]。制藥企業(yè)在測試壓力容器的強(qiáng)度時，會將壓力容器的壁厚作為參考依據(jù)。通常壓力容器的壁厚代表鋼材的強(qiáng)度，但是鋼材的強(qiáng)度與鋼材自身的力學(xué)性能也存在密切的關(guān)系。如果鋼材自身的強(qiáng)度較低，要提高壓力容器的強(qiáng)度，需增加鋼材的用量以增加容器壁厚，從而使得壓力容器具備制藥時所需的強(qiáng)度。除強(qiáng)度要求外，制藥企業(yè)選取壓力容器鋼材時還應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)成本，避免過度增加壓力容器厚度而增加制藥生產(chǎn)成本。

1.2 韌性

制造壓力容器時，它的表面會出現(xiàn)許多圓角。圓角的出現(xiàn)主要與制造工藝有關(guān)。當(dāng)壓力容器出現(xiàn)圓角時，受到內(nèi)部壓強(qiáng)的作用，鋼材形態(tài)會發(fā)生變化。因此，鋼材需要具備良好的韌性，使得壓力容器的整體形態(tài)控制在合理的范圍內(nèi)。使用焊接技術(shù)焊接鋼材時，在焊接位置會出現(xiàn)圓角。如果焊接工藝未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么圓角位置會存在許多質(zhì)量問題，同時壓力容器內(nèi)部的壓強(qiáng)也會集中作用在圓角區(qū)域。所以，鋼材要具有良好的韌性，以減少壓強(qiáng)對圓角產(chǎn)生的沖擊。

1.3 可加工性

壓力容器鋼材應(yīng)具備良好的可加工性能，包括焊接性能和冷、熱加工性能[2]。制藥裝備中的壓力容器，在制造過程會使用較多的生產(chǎn)工藝，包括冷熱卷加工工藝、熱沖壓成型加工工藝以及焊接工藝。因為使用的加工工藝較多，所以鋼材應(yīng)具有良好的可加工性能，以適應(yīng)不同加工工藝的生產(chǎn)要求。具備良好加工性的鋼材可減少制造過程中的斷裂情況，也能保證產(chǎn)品質(zhì)量，使制造的壓力容器滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 耐腐蝕性

在藥品生產(chǎn)過程中，部分藥品中含有腐蝕性物質(zhì)，這要求選用的鋼材應(yīng)具備良好的耐腐蝕性。如果選用碳鋼材料，在設(shè)備受到長時間腐蝕作用后，壓力容器會出現(xiàn)裂縫，將嚴(yán)重縮短壓力容器的使用壽命。制造壓力容器選用的鋼材通常為合金，如高合金鋼材料、有色金屬材料等。

2 壓力容器常用鋼材簡介

2.1 殼體常用材料

我國針對制藥裝備中壓力容器鋼材選取制訂了明確的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》要求，選用不同的鋼材需要選用配套的加工工藝。其中，常用的鋼材料類型有碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器用碳素鋼、低合金鋼以及不銹鋼等。

2.1.1 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板

選用碳素結(jié)構(gòu)鋼材料作為壓力容器的鋼板時，要求生產(chǎn)企業(yè)掌握碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號。牌號代表碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度。碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度與含硫量和含磷量有關(guān)。在牌號中會使用Q表示屈服點，單位為MPa。碳素結(jié)構(gòu)鋼一般用于制造非壓力容器。非壓力容器承受的強(qiáng)度有限，應(yīng)用范圍較小。現(xiàn)階段碳素結(jié)構(gòu)鋼分為兩種，一種是型號Q235B的碳素鋼，另一種是型號為Q235C的碳素鋼。

2.1.2 壓力容器用碳素鋼和低合金鋼板

多數(shù)壓力容器的制藥標(biāo)準(zhǔn)較高，且壓力容器內(nèi)部要承受較大的壓強(qiáng)。為提升壓力容器的抗壓能力，選用碳素鋼和低合金鋼制造壓力容器。碳素鋼和低合金鋼板能制造出專用的壓力容器。在使用低合金鋼板時，應(yīng)充分發(fā)揮低合金鋼板的優(yōu)勢，以提升壓力容器的強(qiáng)度、韌性以及耐腐蝕性等。這些優(yōu)勢全部來自低合金鋼板中添加的其他金屬，如錳、硅以及鎳等。

2.1.3 低溫壓力容器用低合金鋼板

許多藥品在生產(chǎn)過程中要求藥品處于低溫環(huán)境，以保證藥性不發(fā)生改變。一般將-20℃的環(huán)境設(shè)定為低溫環(huán)境。在低溫環(huán)境下生產(chǎn)藥品時，要求使用的壓力容器具備較強(qiáng)的抗低溫能力。為滿足低溫生產(chǎn)要求，提高抗低溫能力，通常選用低合金鋼板制造壓力容器。選用的低合金鋼板還應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性和抗壓能力，避免受到低溫的影響而導(dǎo)致選用的鋼材出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象。

2.1.4 不銹鋼鋼板

不銹鋼鋼板的全稱為不銹耐酸鋼，因鋼板中含有鉻，因此具備耐銹蝕和耐酸性等特點。在制造不銹鋼鋼板時，鋼板中的鉻含量在總量的12%～30%。如果鉻含量在12%～17%，則該不銹鋼鋼板常用于生產(chǎn)腐蝕性較低的藥品。如果鉻含量在17%～30%，則該不銹鋼鋼板用于生產(chǎn)腐蝕性較強(qiáng)的藥品。

2.2 接管與換熱管常用材料

制藥裝備中壓力容器會與多種制藥裝備連接。連接時會使用較多的鋼管，如連接列管式換熱設(shè)備時會使用換熱鋼管。在連接中常采用無縫焊接技術(shù)，以提升連接鋼管的承壓能力[3]。現(xiàn)階段使用無縫焊接技術(shù)接管時，通常使用碳素鋼、低合金鋼、低合金耐熱鋼以及高合金鋼等鋼管。

2.3 螺栓與螺母常用材料

在制藥裝備中，通常使用不同類型的螺栓和螺母作為基礎(chǔ)材料。使用螺栓和螺母連接壓力容器時，會在連接位置承受較大的應(yīng)力。因為要長時間受到應(yīng)力負(fù)荷的作用，所以需要螺栓和螺母具備良好的機(jī)械性能。機(jī)械性能包括塑性性能、韌性性能以及加工性能。此外，螺栓和螺母會長時間處于高溫或低溫環(huán)境，因此要求制造螺栓和螺母的鋼材具備抗低溫、抗高溫、低缺口敏感性以及抗松弛性等性能。制備的螺栓和螺母也應(yīng)具有良好的可匹配性，且強(qiáng)度和硬度應(yīng)高于壓力容器鋼材的強(qiáng)度和硬度。

3 制藥裝備中壓力容器鋼材的選用原則

制藥裝備中壓力容器常用鋼材料的選用需遵循3個原則。第一，以壓力容器的工作條件為選擇標(biāo)準(zhǔn)。工作條件包括設(shè)計壓力、介質(zhì)特性以及設(shè)計溫度等，還應(yīng)綜合考慮其他條件，包括焊接性能、熱處理性能、容器結(jié)構(gòu)以及冷、熱加工性能等。第二，滿足經(jīng)濟(jì)合理性原則。根據(jù)藥品生產(chǎn)要求，壓力容器的各項指標(biāo)應(yīng)滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，保證質(zhì)量的同時選擇價位較低的材料，從而有效控制生產(chǎn)成本。第三，符合我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)原則。在選用鋼材料制造壓力容器時，如果選用的鋼材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，會使整個生產(chǎn)過程處于不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致生產(chǎn)的藥品質(zhì)量不合格，甚至引發(fā)安全事故。

4 結(jié)語

選用合適的鋼材料制造壓力容器時，應(yīng)綜合考慮鋼材料的性能，并按照制藥裝備中壓力容器鋼材的選用原則選用合適的鋼材料。制造中應(yīng)遵循鋼材料的相關(guān)要點，使壓力容器中的鋼材料滿足制藥設(shè)備的生產(chǎn)要求，提升藥品的生產(chǎn)質(zhì)量，保證壓力容器能夠安全穩(wěn)定地工作。