1.??? 引言：

壓力容器的用途十分廣泛, 它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。

2.??? 我國在用壓力容器安全現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有在用壓力容器6 800萬臺(其中固定式176多萬臺) 。它們大多數(shù)是在高溫、高壓、低溫、疲勞及腐蝕性介質(zhì)等苛刻工況下運行。安全使用壽命長的可達(dá)20年以上,短的只有幾年甚至幾個月。粗略估計一下,若能將每臺設(shè)備的壽命平均延長兩年,每臺設(shè)備的平均壽命按15年計,則相當(dāng)于制造安裝新設(shè)備17萬臺,可為國家節(jié)約資金達(dá)百億元。在用壓力容器往往存在著各種焊接缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷、材料缺陷、使用時產(chǎn)生的裂紋、腐蝕、磨損等,再加上長期超期服役造成的材料損傷,潛在危害性極大。這些設(shè)備及隱患若不及時研究處理,繼續(xù)盲目使用,必將成為爆炸事故的主要根源。在用壓力容器存在的失效主要有脆斷、疲勞、腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕以及腐蝕疲勞等形體式,一旦發(fā)生事故將會對人民生命財產(chǎn)安全造成極大的危害,因而世界各國都相當(dāng)重視。

3.??? 壓力容器技術(shù)進(jìn)展

隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步, 特別是計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 在壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。國際標(biāo)準(zhǔn)化一體化隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的逐步發(fā)展, 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)國際化的趨勢已經(jīng)越來越明顯。歐洲議會已于1997 年5 月正式批準(zhǔn)了統(tǒng)一的壓力設(shè)備指令(Pressue Equipement Directive) 該指令于1999年11 月引入歐盟成員國的法規(guī),于2002 年5 月在歐盟內(nèi)強(qiáng)制執(zhí)行。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)現(xiàn)正在采取積極行動, 試圖將歐洲標(biāo)準(zhǔn)上升為國際標(biāo)準(zhǔn)。美國和日本等一些國家為了爭奪國際市場,也在采取積極的措施加速國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂。設(shè)在美國的秘書處ISO/ TC11已多次召開會議, 并已經(jīng)提出了ISO 15386 國際鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)草案。其主要內(nèi)容為國際標(biāo)準(zhǔn)的基本要求、質(zhì)量體系的要求、結(jié)構(gòu)安全性的要求以及各國標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)的注冊認(rèn)可程序等。1914年美國制定了世界上第一部壓力容器標(biāo)準(zhǔn),材料許用應(yīng)力值僅以抗拉強(qiáng)度為基準(zhǔn)。直到1943年,英國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)選取材料許用應(yīng)力值時首次引入材料屈服強(qiáng)度為基準(zhǔn)。為保證壓力容器安全,確定材料許用應(yīng)力值時,同時考慮材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度更為合理。奧氏體不銹鋼材料具有非常好的應(yīng)變強(qiáng)化能力和韌性,為充分發(fā)揮奧氏體不銹鋼材料優(yōu)良性能,選取奧氏體不銹鋼材料許用應(yīng)力。

目前,確定壓力容器材料許用應(yīng)力值一般取min{σs / ns ,σb / nb , σD / nD , σn / nn }。其中, σs , σb ,σD ,σn 分別為材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度，和疲勞強(qiáng)度,在大多數(shù)工況下,壓力容器材料主要考慮屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,在一定條件下,才需考慮材料蠕變強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度; ns , nb , nD , nn 為安全系數(shù)。安全系數(shù)主要取決于人們對客觀規(guī)律的理解程度和設(shè)備發(fā)生事故的危害程度,壓力容器安全系數(shù)的選取建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上,隨著理論研究和科學(xué)實驗的進(jìn)步,在保障壓力容器安全性前提條件下,為節(jié)省材料和經(jīng)濟(jì)考慮,壓力容器安全系數(shù)有降低的趨勢。

4.??? 影響壓力容器安全可靠性的幾個因素

4.1??? 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計參數(shù)的確定是壓力容器設(shè)計工作的前提和基礎(chǔ), 也是決定壓力容器安全運行的關(guān)鍵因素。因此, 設(shè)計者要特別予以重視。壓力容器設(shè)計參數(shù)所涉及到的內(nèi)容較多, 但最關(guān)鍵的參數(shù)為設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、介質(zhì)特性( 包括易燃、易爆、毒性和腐蝕性 能等等) 。這些參數(shù)選擇的合適與否, 直接影響壓力容器的使用可靠性和設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。

4.1.1??????? 設(shè)計壓力

對于壓力容器來說, 一般根據(jù)最高工作壓力來確定, 另外還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特性, 如有無安全閥,有無泄放裝置, 是否在泵出入口, 設(shè)備特性是否屬真空、外壓操作等應(yīng)綜合考慮, 可根據(jù)化工行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn), 如HG20580-1998 規(guī)定確定設(shè)計壓力。

4.1.2??????? 設(shè)計溫度

影響壓力容器安全可靠性設(shè)計的另一個重要參數(shù)-- 設(shè)計溫度, 它是指容器在正常工作情況下, 設(shè)定的元件的金屬溫度。它與操作時介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度有關(guān), 它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來至關(guān)重要的影響。當(dāng)容器處于低溫時, 若沒有考慮它的低溫影響, 將會導(dǎo)致選取材料低溫韌性不足而引起的脆性破壞。當(dāng)容器處于高溫狀態(tài),若設(shè)計溫度選取不合理, 也會導(dǎo)致選材不當(dāng)而引起的安全性不足或者浪費等現(xiàn)象。我國壓力容器的有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對有不同溫度工況下的容器, 應(yīng)按最苛刻的工況設(shè)計, 并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的溫度值。

4.1.3??????? 介質(zhì)特性

介質(zhì)特性是壓力容器設(shè)計中與安全有直接關(guān)系的又一個重要因素, 因此我國保證容器安全的法規(guī)性文件《容規(guī)》給予了特別的重視, 大量條文作了詳細(xì)的硬性規(guī)定。為確保《容規(guī)》正確執(zhí)行,國家對有毒介質(zhì)分類、化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類都制定了專門規(guī)范, 只要正確執(zhí)行是可以保證安全的。

4.1.4??????? 其它因素

除了要準(zhǔn)確掌握工作壓力、溫度及介質(zhì)特性等參數(shù)外, 對用戶的壓力容器使用管理水平也應(yīng)有一些了解, 因為管理水平的高低直接影響著壓力容器的安全運行。因此, 設(shè)計人員在確定設(shè)計參數(shù)時應(yīng)該考慮到這些情況, 在為這類企業(yè)設(shè)計壓力容器時,技術(shù)要求中明確限定條件, 從而確保壓力容器安全運行。