壓力容器技術進展.doc

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1、壓力容器技術進展化工大學機械工程學院CAE中心徐鴻2006-5-121.引言壓力容器技術是從上個世紀初葉開始發(fā)展的一門應用技術。這門技術的主要目標是處理好壓力容器中安全與經濟這對矛盾。經過上個世紀的發(fā)展,現(xiàn)代壓力容器技術已成為一門涉及設計、材料、制造、檢驗、使用和管理等多種技術領域的綜合技術。壓力容器技術的發(fā)展主要取決于兩方面的因素:(1)經濟發(fā)展對能源和人造(合成)新材料的需要;(2)相關科學技術的發(fā)展與進步。不是僅僅取決于單項相關科學技術的發(fā)展,而是取決于多項相關科學技術的集成,也就是說,只有各相關

2、科學技術的協(xié)調發(fā)展才能有效地促進壓力容器技術的進步。2.壓力容器的設計與安全分析計算機技術介入壓力容器的設計與安全分析,使壓力容器的設計與分析發(fā)生了革命性的變化。2.1常規(guī)設計效率大大提高(1)按常規(guī)設計規(guī)的壓力容器設計計算已有計算機軟件可用,軟件帶有豐富的數(shù)據(jù)庫,并有自動糾錯功能,還可將結果直接打印成完整的設計計算書;(2)鉛筆-圖版-丁字尺的制圖方式已被CAD技術所淘汰,CAD軟件帶有豐富的圖形庫和數(shù)據(jù)庫,設計制圖的效率與質量都有極大的提高。2.2設計的一大進展還體現(xiàn)在安全系數(shù)的降低上:美國nb由4

3、.0降至3.5;歐洲nb,min=1.875;我國正在研究將nb降至2.6。安全系數(shù)的降低反映了下列多方面的技術進展:結構分析水平的提高;制造技術的提高;更嚴格的材料技術要求;更科學的質保體系等。2.3分析設計能更理性地處理安全與經濟這對矛盾(1)計算機和有限元分析法的發(fā)展使基于應力分析的壓力容器分析設計成為可能。比常規(guī)設計法更為理性化的分析設計法對壓力容器的安全與經濟這對矛盾處理得更好,可在保證容器更安全(例如,可預測容器在多種工況下的性能,使得在設計階段就可消除將來可能發(fā)生的許多問題;可預防塑性鉸失

4、穩(wěn)、塑性疲勞、棘輪效應和疲勞斷裂等失效的出現(xiàn))的條件下達到壁厚更薄、重量更輕、成本更低的目的;還可進行結構優(yōu)化分析,使容器結構更為合理。(2)發(fā)展了和正在發(fā)展多種壓力容器及其零部件的安全分析技術:如,靜密封結構的緊密性(泄漏率)分析;容器的低周疲勞分析;蠕變分析;缺陷評定(殘余壽命預測);事故分析;壓力容器可靠性分析和風險分析;膨漲節(jié)分析;換熱器管板分析;換熱器管束流體誘導振動分析,等等。3.壓力容器用材3.1壓力容器對材料要求很高:高強度,高韌性;高溫強度;低溫韌性;耐腐蝕性;良好的工藝性能(主要是可

5、焊性)等。這是促進壓力容器用材不斷發(fā)展的基本動力。3.2冶金科學技術的進步,如爐外精煉、真空處理、連續(xù)鑄錠、控軋工藝、微合金化等技術,使壓力容器用鋼的性能得到了顯著提高。主要是大大提高了鋼的潔凈度,降低雜質和氣泡含量;精確控制合金元素成分與鋼的組織結構,可得到質量良好的壓力容器用鋼。3.3材料的介質適用性研究針對介質和工況開發(fā)出適用的材料;針對高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷的研究準確給出了各種鋼材的應用圍,大大提高了設計時選材的可靠性。3.4新型壓力容器用材開始部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓力容器用鋼:有色金屬材料;非

6、金屬材料;復合材料。4.壓力容器制造技術大多數(shù)壓力容器制造的特點主要是單件小批生產。容器制造技術的進展體現(xiàn)在焊接、熱處理、壓力加工和機械加工等各個方面。容器制造技術進展的結果是勞動生產率大幅度提高、質量提高、勞動強度降低、勞動環(huán)境改善、產品圍擴大。4.1焊接技術的進展對壓力容器制造技術促進最大。(1)針對容器制造發(fā)展了多種焊接設備,如全位置自動化電焊機、智能靈巧型焊接系統(tǒng)和專用焊接設備。(2)針對各種壓力容器用鋼研究出了它們的整套的具體焊接工藝條件,如焊前預熱條件、焊接電流電壓電極等工藝參數(shù)、焊后熱處理

7、條件等。(3)針對各種壓力容器用鋼研究出了相應的焊接材料。(4)發(fā)展了超薄超厚鋼板焊接和超窄焊縫的焊接技術。4.2其它壓力容器的重要制造技術進展舉例(1)旋壓法制造容器封頭技術(2)液壓脹管技術(3)大型容器或設備現(xiàn)場焊后熱處理技術4.3壓力容器的專業(yè)化社會化生產壓力容器的專業(yè)化主要是指容器中已標準化的零部件由專業(yè)化的廠家生產,壓力容器生產廠家購進后再裝配成非標準的壓力容器.壓力容器標準化零部件的專業(yè)化社會化生產一方面可以克服“大而全”、“小而全”、設備利用率低、機構臃腫、生產成本高等缺點;另一方面可以

8、保證或提高標準化零部件的生產質量。因而是發(fā)展方向。5.無損檢測技術5.1無損檢測技術是保證壓力容器可靠性的關鍵技術壓力容器用原材料質量檢驗、制造過程中焊縫的質量檢驗、使用過程中缺陷的狀態(tài)監(jiān)測都要用到無損檢測技術。已經發(fā)展了許多種無損檢測技術,例如,X射線或g射線探傷、超聲波探傷、聲發(fā)射探傷、磁粉探傷等。5.2無損檢測技術發(fā)展趨勢——發(fā)展重點已從射線探傷轉向超聲波探傷和聲發(fā)射探傷。等,主要是要減輕射線對環(huán)境的污染。——用計算機技術和數(shù)字化技術

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