压力容器相关技术现状与展望

压力容器相关技术现状与展望

作者：汪健涛

来源：《科技风》2016年第18期

摘要：将理论知识与工作实际相结合，对现在压力容器相关技术进行了简要的梳理与总结。

关键词：压力容器；标准；设计；焊接；失效

21世纪以来，随着我国经济的不断发展，压力容器研究的理论水平与从业人员的技术素养的不断提高，我国压力容器的制造水平得到了很大的进步。本文将结合理论与实际，在法规标准，设计，焊接，失效等方面对当今压力容器技术进行总结，并对其未来的发展方向进行展望。

1 行业发展，标准先行

压力容器行业健康发展的前提是必须要有一套适应时代的法规，标准体系。压力容器是一种特种设备，在广大工业领域中有着普遍的应用。其工作环境一般较为危险，常在高温（低温），高压下运行，其中的介质也多为易燃易爆的有害物，如果有意外发生，将对当地环境，及周边人员产生较大的伤害。为此，必须严格规范压力容器的制造与使用，降低事故发生的可能性，并控制其危害程度。当下，各个国家按照自己的技术水平与生产要求并结合了本国的国情制定出了与之相符的技术标准。中国也综合考虑自身国情，出台了囊括法律、法规、规章、综合技术法规以及技术标准的一系列相关规范。十几年来，汲取从业人员的共同智慧，该体系不断地完善，有效促进了压力容器行业的健康发展。《中华人民共和国特种设备安全法（草案）》，《特种设备安全监察条例》，《特种设备安全监察条例》，《固定式压力容器安全技术监察规程》等的先后颁布表明我国压力容器技术标准体系的初步设立。而且围绕着GB 150.1 ～ 4—2011《压力容器》衍生出各类材料与零部件标准，其涵盖的范围已同等于国外的ASME-Ⅷ-Ⅰ，AD规范等。

2 设计趋于轻型化

压力容器设计的轻型化是综合考虑安全，经济与资源环保等综合方面的的产生的趋势，是目前压力容器设计的发展方向。不断提高材料的强度、适当降低安全系数的要求、使用具有更高屈服强度的材料、采用应变强化技术、分析设计方法的不断普及以及对压力容器结构的优化都可以帮助我们进一步实现压力容器设计的轻量化。由于我国目前压力容器设计轻型化发展相对较慢，相关领域的基础研究没有跟上，首先要提高基础研究的水平，，如复杂结构压力容器塑性垮塌压力计算方法、压力容器局部失效判据、轻型化对容器制造和检验要求的影响等。

3 焊接技术是关键

焊接技术广泛应用于压力容器的制造领域，焊接技术的好坏优劣与压力容器的质量，成本，可靠性，生产效率息息相关。可知，焊接技术水平的提高对于提高压力容器技术水平有很大的帮助，这已经是设计单位，生产部门，与客户的共识。压力容器多种多样，工作条件各有不同，从高压到低压，从高温到低温，从强腐蚀到无腐蚀，从强辐射到无辐射，需要我们运用不同的焊接技术。目前，高压容器的生产主要是用于核电站，火电站，与各类化工厂，此类压力容器的制造包括有筒节纵缝和环缝的焊接、各种接管的马鞍型焊缝的焊接以及各种表面的耐蚀、耐磨层和密封面的堆焊等。被焊接件的强度越来越高（ 500～900 MPa ）、厚度也断增大（ 150～700 mm），这对焊接技术提出了更高的要求，但也是其发展的一次契机。如目前出现了一种新的焊接技术——窄间隙埋弧焊技术。如果要焊接厚壁容器，当其壁厚达到了

100mm以上时，传统的焊接技术已经不能很好的满足焊接的要求，与此同时也浪费了能源，资源，与人力。

近些时间以来，不少企业高度重视窄间隙焊接技术，许多单位也在生产时运用不同形式的窄间隙焊接技术。但是对于窄间隙埋弧焊技术的的定位，大家有不同的看法。一部分人员认为对于厚壁容器，其焊接最主要是降低间隙，减少时间，提高效率。但是事实并不如此，厚壁容器的焊缝的稳定性是最重要的，如果一旦出现焊接的差错，越小的焊缝越难被修复，甚至于无法修复，必须重新进行坡口的加工，而这样一来与我们对效率的追求背道而驰。

4 压力容器的失效

失效指产品失去了应有的功能。而压力容器的失效，是指其在设计的使用时间与使用环境（温度、压力、介质等）下，按照相关失效准则的规定，失去了该容器所能发挥的功能。压力容器的失效分析技术通常包括：失效的预测，诊断，与预防。而失效诊断是压力容器失效技术的核心，而我们研究的最终目顶是进行失效的预防与预测。失效的诊断发生在失效之后，而失效预防及预测是在失效发生之前运用的技术。

对于发生失效的的处理，我们应该遵循以下步骤：

1）首先要保护失效发生的现场

2）调查与取样

失效现场的调查主要包括：失效部位，裂纹及碎片的名称，尺寸大小，以及形状的记录。周围的可疑物件，和工作人员的说明；

应该调查的材料为：压力容器类型、生产商、生产日期、生产批次，用户、使用地点、开机时间、操作者、维护者、使用记录、维修记录、操作章程。材料检验记录、生产工艺记录、质检记录、验收记录和质量保证合同及其技术文件，相关的法规，标准以及类似案例；

3）失效分析试验

通常包括：无损检测，金相检测，材料性能测试，成分分析，断口分析；检测材料的选择，保护，和清理。检测材料的宏观及微观检查和并进行断裂力学分析。进行检测时应充分考虑其有效性，经济性，必要性。通常先用简单的方法，必要情况下可用更加复杂，费用更高的方法；

4）对结果进行评定

通常失效的原因是多方面的，应该尽量分清主要原因与次要原因。

5）提出解决及预防方案

6）对失效分析结果进行总结

通过对失效分析结果的总结，进而在今后的设计，生产，运行，维护等任务时吸取教训，冰面类似问题的产生。

作者简介：

汪健涛（1970--），男，河南开封人，助理工程师，研究方向：压力容器检验。