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壓力容器的專業技術發展方向

時間:2012-7-24 11:38:00 來源:

  壓力容器是一個涉及多行業、多學科的綜合性產品,其建造技術涉及到冶金、機械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護等眾多行業。隨著冶金、機械加工、焊接和無損檢測等技術的不斷進步,特別是以計算機技術為代表的信息技術的飛速發展,帶動了相關產業的發展,在世界各國投入了大量人力物力進行深入的研究的基礎上,壓力容器技術領域也取得了相應的進展。為了生產和使用更安全、更經濟的壓力容器產品,傳統的設計、制造、焊接和檢驗方法已經和正在不同程度地為新技術、新產品所代替。
  1、壓力容器所用材料的技術進展近年來壓力容器產品大型化、高參數化的趨勢日益明顯,千噸級的加氫反應器、二千噸級的煤液化反應器、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)等已經在我國大量應用,壓力容器在石油化工、核工業、煤化工等領域中的應用場合也日益苛刻。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一直是壓力容器行業所面臨的重大課題。對此,各國均投入了大量的人力物力從事相關的研究工作。目前,壓力容器用材料的主要研究成果和技術進步表現在以下幾個方面:材料的高純凈度:冶金工業整體技術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性能指標,提高了壓力容器的整體安全性;材料的介質適用性:針對各種腐蝕性介質和操作工況,已研究開發出超級不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料,使之適合各種應用條件,給設計者以更多選擇的空間,為長周期安全生產提供了保證;材料的應用界限:針對高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進行的研究,準確地給出材料的應用范圍。
  更高強度材料的應用:在設備大型化的要求下,傳統的材料已經無法解決諸如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高強材料的應用正在引起國內研究人員的廣泛關注。
  2、計算機技術的廣泛應用在信息時代的今天,計算機技術應用已經滲透到壓力容器行業的每一個領域。計算機軟、硬件的每一個進步都極大地影響著壓力容器行業的技術進展,其主要表現為:設計:傳統的計算機輔助設計(CAD)已逐步向計算機輔助工程(CAE)的方向發展。隨著計算機能力的不斷增強和分析手段的日益多樣化,設計者在結構設計階段就可以預見到諸如焊接過程中所產生的殘余應力、設備組裝和運輸過程中可能會出現的碰撞等問題,并在設計階段消除這些問題,分析設計和結構優化設計已經逐漸為設計者所掌握;制造:計算機輔助制造(CAM)技術正在逐步改變壓力容器制造廠傳統的工藝生產方式,質量管理意識和生產方式已經發生了深刻的變革。壓力容器全過程的計算機管理使得所有控制點均能得到有效的控制,極大地減少了人為失誤,有效地保證了產品質量的穩定,保證了生產周期和生產成本的降低;焊接:計算機控制的仿形焊機、激光焊機和全位置自動焊機的應用,極大地提高了生產效率和產品質量;無損檢測:計算機射線實時成像、超聲掃描模擬成像和多通道聲發射等技術的應用,再配以專門研制的專家系統,使檢測的結果更加準確和客觀。特別是超聲掃描模擬成像缺陷探察技術(TOFD)已經成功地用于核設備、加氫反應器等厚度大于100mm的重型容器。這對提高重型容器的生產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器的建造中開始應用該技術解決現場進行無損檢測的問題。
  3、結構設計現代的壓力容器結構設計正在逐步擺脫傳統觀念的束縛,體現真正滿足工藝要求的設計理念,追求實效性、安全性和經濟性的和諧統一。
  結構的合理性設計:標準中對壓力容器的具體結構形式不予限制,因此壓力容器結構所受的制約較少,給設計者很大的發揮空間,有利于設計出更加合理的結構。另外,分析設計手段的運用和驗證性試驗的實施為結構的合理性設計提供了必要的保障。例如模塊化的設計方法,它是按照壓力容器上各個部件功能的不同將完成同一功能的各部件作為一個小的整體來進行研究,像安全防護裝置部分,罐體部分等,它不僅使得壓力容器的維護更加簡便,而且能在很大程度上能夠縮短研制周期,加速技術升級。
  結構的經濟性設計:壓力容器的安全性和經濟性的和諧統一一直是設計者的追求,應力分析標準就是應此要求而出現的。焊接鋼管的使用和特殊結構的應用,在很大程度上是考慮了壓力容器結構的經濟性。
  結構的可靠性設計:傳統的安全系數設計法為了“保險”起見,往往將安全系數的取值偏大,使得所設計的壓力容器及零件的結構尺寸偏大,不僅浪費材料,而且由于各個零件的壽命和強度難以保證合理的匹配,結果造成終產品1+1<2的情況。而可靠性設計中將部分參數作為隨機變量來處理,對其進行統計并建立統計模型,用概率統計法進行計算,能夠全部掃描設計對象,所得結果更符合世界情況。
  4、安全系數的降低為了增加本國產品的競爭性,降低安全系數是目前世界各國和地區壓力容器標準的普遍傾向,我國也提出了將特定材料按分析設計方法設計的安全系數nb降為2.4的提案。安全系數的降低關系到壓力容器標準的基礎,對壓力容器行業的經濟性及安全性影響極大,必須慎之又慎。降低安全系數的前提條件是:結構分析設計水平的提高;制造經驗的積累和制造技術水平的提高;更嚴格的材料技術要求;更科學的質量保證體系。

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