壓力容器的專業(yè)技術(shù)發(fā)展方向

2020-07-14 09:30:06 點(diǎn)擊數(shù)：

壓力容器是一個(gè)涉及多行業(yè)、多學(xué)科的綜合性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護(hù)等眾多行業(yè)。隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測等技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在世界各國投入了大量人力物力進(jìn)行深入的研究的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更經(jīng)濟(jì)的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、焊接和檢驗(yàn)方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新產(chǎn)品所代替。

1、壓力容器所用材料的技術(shù)進(jìn)展近年來壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢日益明顯，千噸級的加氫反應(yīng)器、二千噸級的煤液化反應(yīng)器、一萬立方米的天然氣球罐（日本大的天然氣球罐為三萬立方米）等已經(jīng)在我國大量應(yīng)用，壓力容器在石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用場合也日益苛刻。因此，耐高溫、高壓和耐腐蝕的壓力容器用材料的研制與開發(fā)一直是壓力容器行業(yè)所面臨的重大課題。對此，各國均投入了大量的人力物力從事相關(guān)的研究工作。目前，壓力容器用材料的主要研究成果和技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：材料的高純凈度：冶金工業(yè)整體技術(shù)水平和裝備水平的提高，極大地提高了材料的純凈度，提高了壓力容器用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，提高了壓力容器的整體安全性；材料的介質(zhì)適用性：針對各種腐蝕性介質(zhì)和操作工況，已研究開發(fā)出超級不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應(yīng)用條件，給設(shè)計(jì)者以更多選擇的空間，為長周期安全生產(chǎn)提供了保證；材料的應(yīng)用界限：針對高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進(jìn)行的研究，準(zhǔn)確地給出材料的應(yīng)用范圍。

更高強(qiáng)度材料的應(yīng)用：在設(shè)備大型化的要求下，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無法解決諸如3萬立方米天然氣球罐、鋼廠的大型球罐、20萬立方米原油儲罐以及超高壓容器的選材問題。目前σb≥800MPa高強(qiáng)材料的應(yīng)用正在引起國內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注。

2、計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用在信息時(shí)代的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)滲透到壓力容器行業(yè)的每一個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)軟、硬件的每一個(gè)進(jìn)步都極大地影響著壓力容器行業(yè)的技術(shù)進(jìn)展，其主要表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）已逐步向計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)能力的不斷增強(qiáng)和分析手段的日益多樣化，設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就可以預(yù)見到諸如焊接過程中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、設(shè)備組裝和運(yùn)輸過程中可能會出現(xiàn)的碰撞等問題，并在設(shè)計(jì)階段消除這些問題，分析設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸為設(shè)計(jì)者所掌握；制造：計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)正在逐步改變壓力容器制造廠傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)方式，質(zhì)量管理意識和生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生了深刻的變革。壓力容器全過程的計(jì)算機(jī)管理使得所有控制點(diǎn)均能得到有效的控制，極大地減少了人為失誤，有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本的降低；焊接：計(jì)算機(jī)控制的仿形焊機(jī)、激光焊機(jī)和全位置自動焊機(jī)的應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；無損檢測：計(jì)算機(jī)射線實(shí)時(shí)成像、超聲掃描模擬成像和多通道聲發(fā)射等技術(shù)的應(yīng)用，再配以專門研制的專家系統(tǒng)，使檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確和客觀。特別是超聲掃描模擬成像缺陷探察技術(shù)（TOFD）已經(jīng)成功地用于核設(shè)備、加氫反應(yīng)器等厚度大于100mm的重型容器。這對提高重型容器的生產(chǎn)效率和減少射線污染起到了積極的作用。我國在煤液化裝置反應(yīng)器的建造中開始應(yīng)用該技術(shù)解決現(xiàn)場進(jìn)行無損檢測的問題。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)代的壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正在逐步擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛，體現(xiàn)真正滿足工藝要求的設(shè)計(jì)理念，追求實(shí)效性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一。

結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)中對壓力容器的具體結(jié)構(gòu)形式不予限制，因此壓力容器結(jié)構(gòu)所受的制約較少，給設(shè)計(jì)者很大的發(fā)揮空間，有利于設(shè)計(jì)出更加合理的結(jié)構(gòu)。另外，分析設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用和驗(yàn)證性試驗(yàn)的實(shí)施為結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)提供了必要的保障。例如模塊化的設(shè)計(jì)方法，它是按照壓力容器上各個(gè)部件功能的不同將完成同一功能的各部件作為一個(gè)小的整體來進(jìn)行研究，像安全防護(hù)裝置部分，罐體部分等，它不僅使得壓力容器的維護(hù)更加簡便，而且能在很大程度上能夠縮短研制周期，加速技術(shù)升級。

結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)：壓力容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一一直是設(shè)計(jì)者的追求，應(yīng)力分析標(biāo)準(zhǔn)就是應(yīng)此要求而出現(xiàn)的。焊接鋼管的使用和特殊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在很大程度上是考慮了壓力容器結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計(jì)法為了“保險(xiǎn)”起見，往往將安全系數(shù)的取值偏大，使得所設(shè)計(jì)的壓力容器及零件的結(jié)構(gòu)尺寸偏大，不僅浪費(fèi)材料，而且由于各個(gè)零件的壽命和強(qiáng)度難以保證合理的匹配，結(jié)果造成終產(chǎn)品1+1<2的情況。而可靠性設(shè)計(jì)中將部分參數(shù)作為隨機(jī)變量來處理，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并建立統(tǒng)計(jì)模型，用概率統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算，能夠全部掃描設(shè)計(jì)對象，所得結(jié)果更符合世界情況。

4、安全系數(shù)的降低為了增加本國產(chǎn)品的競爭性，降低安全系數(shù)是目前世界各國和地區(qū)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的普遍傾向，我國也提出了將特定材料按分析設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的安全系數(shù)nb降為2.4的提案。安全系數(shù)的降低關(guān)系到壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，對壓力容器行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性及安全性影響極大，必須慎之又慎。降低安全系數(shù)的前提條件是：結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)水平的提高；制造經(jīng)驗(yàn)的積累和制造技術(shù)水平的提高；更嚴(yán)格的材料技術(shù)要求；更科學(xué)的質(zhì)量保證體系。

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