时间：2022-07-15 20:28:26
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇压力容器论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：压力容器；超声检验；射线检验：磁粉检验；渗透检验；
从广义上讲，凡盛装有压力介质的容器即为压力容器，也就是说，凡承受流体介质压力的密闭设备均可称为压力容器。压力容器是一种可能引起爆炸或中毒等危害性较大事故的特种设备，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故，所以压力容器比一般机械设备有更高的安全要求。
检验是压力容器安全管理的重要环节。压力容器检验的目的就是防止压力容器发生失效事故，特别是预防危害最严重的破裂事故发生。因此，压力容器检验的实质就是失效的预测和预防。现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。
一、各种无损检测方法的特点和选用原则
无损检测在承压设备上应用时，主要有以下四个特点：
(一)无损检测应与破坏性检测相结合。无损检测的最大特点是在不损伤材料、工件和结构的前提下进行检测，具有一般检测所无可比拟的优越性。但是无损检测技术自身还有局限性，不能代替破坏性检测。例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。
(二)正确选用实施无损检测的时间。在进行承压设备无损检测时，应根据检测目的，结合设备工况、材质和制造工艺的特点，正确选用无损检测实施时间。例如，锻件的超声波探伤，一般安排在锻造完成且进行过粗加工后，钻孔、铣槽、精磨等最终机加工前。
(三)正确选用最适当的无损检测方法。对于承压设备进行无损检测时，由于各种检测方法都具有一定的特点，不能适用于所有工件和所有缺陷，应根据实际情况，灵活地选择最合适的无损检测方法。例如，钢板的分层缺陷因其延展方向与板平行，就不适合射线检测而应选择超声波检测。
(四)综合应用各种无损检测方法。在无损检测中，任何一种无损检测方法都不是万能的。因此，在无损检测中，应尽可能多采用几种检测方法，互相取长补短，取得更多的缺陷信息，从而对实际情况有更清晰的了解。例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准；而射线对缺陷的定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测结果可靠准确。
各种无损检测方法都具有一定的特点和局限性，《承压设备无损检测》对无损检测方法的应用提出了一些原则性要求。
应在遵循承压设备安全技术法规和相关产品标准及有关技术文件和图样规定的基础上，根据承压设备结构、材质、制造方法、介质、使用条件和失效模式，选择最合适的无损检测方法。
射线和超声检测适用于检测承压设备的内部缺陷；磁粉检测适用于检测铁磁性材料制承压设备表面和近表面缺陷；渗透检侧适用于检测非多孔性金属材料和非金属材料制承压设备表面开口缺陷；涡流检测适用于检测导电金属材料制承压设备表面和近表面缺陷。
凡铁磁性材料制作的承压设备和零部件，应采用磁粉检测方法检测表面或近表面缺陷，确因结构形状等原因不能采用磁粉检测时，方可采用渗透检测。
当采用两种或两种以上的检测方法对承压设备的同一部位进行检测时，应符合各自的合格级别；如采用同种检测方法的不同检测工艺进行检测，当检测结果不一致时，应以危险度大的评定级别为准。
重要承压设备对接焊接接头应尽量采用x射线源进行透照检测。确因厚度、几何尺寸或工作场地所限无法采用x射线源时，也可采用r源进行射线透照。此时应尽可能采用高梯度噪声比(TI或T2)胶片：但对于抗拉强度大于540MPa的高强度材料对接焊接接头则必须采用高梯度噪声比的胶片。
二、压力容器制造过程中的无损检测
压力容器制造过程中的无损检测主要是控制容器焊接质量。
(一)射线检测
射线检测方法适用于压力容器壳体或接管对接焊缝内部缺陷的检测，一般x射线探伤机适于检测的钢厚度小于等于80mm，lr-192检测厚度范围为20～100mm，co—60检测厚度为40～200mm。
(二)表面检测
磁粉或渗透方法通常用于压力容器制造时钢板坡口、角焊缝和对接焊缝的表面检测，也用于大型锻件等机加工后的表面检测。
(三)超声波检测
超声检测法适用于厚度大于6mm的压力容器壳体或大口径接管与壳体的对接焊缝内部缺陷的检测。
三、在用压力容器的无损检测
在用压力容器检验的重点是压力容器在运行过程中受介质、压力和温度等因素影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、疲劳开裂及材料劣化等缺陷，因此除宏观检查外需采用多种无损检测方法。
(一)表面检测
表面检测的部位为压力容器的对接焊缝、角焊缝、焊疤部位和高强螺栓等。铁磁性材料一般采用磁粉法检测，非铁磁性材料采用渗透法检测。
(二)超声检测
超声检测法主要用于检测对接焊缝内部埋藏缺陷和压力容器焊缝内表面裂纹。超声法也用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。由于超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，而且与射线相比对人无伤害，因此在在用压力容器检验中得到广泛使用。
(三)射线检测
x射线检测方法主要在现场用于板厚较小的压力容器对接焊缝内部埋藏缺陷的检测，对于人不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器通常采用lr-192或Se-75等同位素进行Y射线照相。另外，射线检测也常用于在用压力容器检验中对超声检测发现缺陷的复验，以进一步确定这些缺陷的性质，为缺陷返修提供依据。
(四)涡流检测
对于在用压力容器，涡流检测主要用于换热器换热管的腐蚀状态检测和焊缝表面裂纹检测。
(五)磁记忆检测
磁记忆检测方法用于发现压力容器存在的高应力集中部位，这些部位容易产生应力腐蚀开裂和疲劳损伤，在高温设备上还容易产生蠕变损伤。通常采用磁记忆检测仪器对压力容器焊缝进行快速扫查，以发现焊缝上存在的应力峰值部位，然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相分析，以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。
(六)红外检测
许多高温压力容器内部有一层珍珠岩等保温材料，以使压力容器壳体的温度低于材料的允许使用温度，如果内部保温层出现裂纹或部分脱落，则会使压力容器壳体超温运行而导致热损伤。采用常规红外熟成像技术可以很容易发现压力容器壳体的局部超温现象。压力容器上的高应力集中部位在经大量疲劳载荷后，如出现早期疲劳损伤，会出现热斑迹图象。压力容器壳体上疲劳热斑迹的红外热成像检测可以及早发现压力容器壳体上存在的薄弱部位，为以后的重点检测提供依据。
参考文献：
[1]强天鹏主编，压力容器检验，2005
[2]美国ASME锅炉压力容器规范第v卷中国石油设备工业协会译
[3]王晓雷，锅炉压力容器无损检测相关知识全国锅炉压力容器无损检测考委会，2001
我国的工业发展比较迅速，伴随着工业的发展，焊接技术也表现出了时代性的特征。由于人口的增加和社会需求的增加，锅炉压力容器的制造水平也获得提升。在焊接自动化技术的应用中，具有代表性的一种叫做膜式壁焊机。该设备主要有气体保护焊和埋弧焊两种工艺。在起初的阶段，我国由于技术不纯熟，因此依赖于进口。后续的研究成功后，便开始应用自己生产的设备。从现有的应用来看，哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂等，主要是运用膜式壁焊机中的气体保护焊；而上海锅炉厂、武汉锅炉厂等主要运用埋弧焊工艺。气体保护焊属于比较简单的焊接自动化工艺，现有的应用范围不是很大，但其稳定性和安全性较高，因此北方运用较多。埋弧焊属于高端一些的焊接自动化技术，同时效率较高，但由于在自动化方面融入的元素不是很多，因此需要在一定程度上增加人工操作，日后的提升空间较大。
2直管接长焊机
锅炉压力容器所要承受的压力是非常大的，仅仅凭借膜式壁焊机，并不能长久的满足要求。为此，技术人员通过长期的调查和研究，制定了全新的焊接自动化技术——直管接长焊机。该焊机的优势在于，其拥有的自动化程度较高，能够满足日常焊接中的较多工作，即便是应对一些技术性较强的焊接，也没有表现出较多的问题，总体上的满意度较高。比如说武汉锅炉厂就与美国的阿尔斯通展开了合作，引进了管子预处理线，该线包括管子定长切断、管端数控倒角机、管端内外磨光机、管内清理机等先进的设备和装置，采用了PLC自动化控制技术，实现了自动化生产。在所有的设备当中，管端数控倒角机是一个非常重要的设备，这一设备利用旋转及轴向进刀的过程中，可以根据管子的规格及要求编制相应的切削程序，快速、标准、优质的切割出各种坡口。由此可见，直管接长焊接的功能性较多，日后可以在锅炉压力容器制造中推广应用。
3马鞍形焊机
锅炉压力容器在现阶段的应用中，常常是为了满足一些特殊要求而设定的，为此，仅凭上述的两项技术，依然没有完全的满足需求。经过探究，技术人员还研制出了一种名为马鞍形焊机的设备。该设备能够应对较多的特殊形状或者是特殊功能的锅炉压力容器。第一，该焊接技术，利用数控技术建立数学模型，保证设备的形状和具体功能不会发生偏差。第二，主管与焊枪的同步运用，使得焊接的效率和质量稳步提升，并且有效的解决了两直径相近的相关结构焊接质量问题，总体上的焊接效果比较理想。在今后的工作中，可将上述的三种焊接技术，广泛应用与锅炉压力容器制造中，并深入研究，健全技术体系和应用方式，创造更多的效益。
4结语
关键词：三门核电厂；反应堆；堆内构件；压力容器；导向柱 文献标识码：A
中图分类号：TG115 文章编号：1009-2374（2015）23-0027-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.015
1 概述
在核电厂调试及大修过程中，反应堆上部堆内构件吊装、反应堆下部堆内构件吊装及反应堆压力容器顶盖吊装是核岛最重要的设备吊装作业，风险大，要求高，并且占据着主线时间，对核电厂的安全性和经济性有着至关重要的影响。在进行上下部堆内构件及反应堆压力容器顶盖吊装作业时，设备的精确定位和导向主要依靠导向柱来保证。三门核电1号机组作为全球首台AP1000，其反应堆压力容器配备有2根导向柱，用于在安装、调试和大修期间来导向反应堆压力容器顶盖和上、下部堆内构件的吊装。现有导向柱每根长4420mm，有效导向高度为4004.5mm，在吊装反应堆压力容器顶盖时可以完全满足导向要求，但在吊装上、下部堆内构件时长度不足，无法进行精确导向。
首炉装料前的吊装操作过程中，此问题带来的不利影响不是十分明显，因为此时安装、调试人员可直接在换料水池底部观察确认堆内构件吊装的对中情况，在人工定位之后将堆内构件下降到压力容器内，当堆内构件下降到合适高度后，再由导向柱提供导向。而换料大修期间，堆内构件吊装时换料水池充满屏蔽水，吊装指挥无法进入换料水池底部，此时堆内构件在进入压力容器前就需要导向柱进行导向。在换料大修期间的上部堆内部件吊出过程中，当上部堆内构件堆芯上板吊离反应堆压力容器筒体法兰面约100mm时，需要检查堆芯上板是否带出控制棒组件。如果控制棒组件被带出，则需先将上部堆内构件回装到位，对问题进行处理后重新起吊上部堆内构件。现有导向柱高度不能满足此操作要求。
吊出下部堆内构件时，由于下部堆内构件高度较高，吊出和吊入压力容器过程中，现有导向柱高度不能满足下部堆内构件吊装操作的导向要求。
另外，受到反应堆压力容器顶盖自身结构的限制，当顶盖在反应堆压力容器上时或在吊离/吊装至反应堆压力容器时，导向柱的高度不能超过5278.9mm。
因此，需要通过优化导向柱解决以下两个问题：问题一：上、下部堆内构件吊装过程中的导向柱导向高度不足的问题；问题二：在保证上、下部堆内构件吊装时导向柱的导向高度满足要求的前提下，确保导向柱在反应堆压力容器顶盖吊装过程中不超过顶盖对导向柱的高度限值要求。
2 优化方案一：配置长、短两套导向柱
此优化方案配置的长、短导向柱有效导向高度分别为9100mm和4150mm。
在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件吊装时使用短导向柱。当需要从压力容器内吊出下部堆内构件时，先降低系统水位至反应堆压力容器筒体法兰面以下，然后拆除短导向柱，再安装长导向柱，最后升水位进行下部堆内构件的吊出操作；在回装过程中，当下部堆内构件回装完成后，将系统水位降低至反应堆压力容器筒体法兰面以下，然后拆除长导向柱，再安装短导向柱，最后升水位进行后续操作。
3 优化方案二：配置一套可拆分式导向柱
此优化方案配置的一套导向柱，每根导向柱可以拆分为2段，按安装位置从下到上分为短导向柱和延伸导向柱。短导向柱的有效导向高度为4150mm，延伸导向柱的有效导向高度为4950mm，两段导向柱连接后总有效导向高度为9100mm。预计加上安装段与锥形头段的短导向柱长为4565mm，短导向柱和延伸导向柱连接后总长9515mm。在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件吊装时使用短导向柱，并在短导向柱顶部安装锥形头。当需要吊出下部堆内构件时，在不降水位的情况下，操作人员借助装卸料机或堆腔辅助平台进行操作，拆除短导向柱顶部的锥形头，将延伸导向柱安装在短导向柱顶端，再吊出下部堆内构件；待下部堆内构件回装完成后，拆除延伸导向柱并安装短导向柱顶部的锥形头以进行后续操作。
4 两种优化方案的比较
无论采用上述方案中的哪种，在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件的吊装过程中都是使用短导向柱进行导向，两者的工艺流程也都一致。但是，当进行下部堆内构件吊装作业时，两者的工艺流程就产生了较大的差别，从而在占用大修主线时间的长短、人员接受的辐射剂量的多少等方面均有较大的不同。
4.1 占用大修主线时间对比
下部堆内构件的吊装占用大修主线时间，因此吊装下部堆内构件时，更换导向柱占用着大修主线时间。方案一占用大修主线时间包括为长短导向柱更换增加必要辐射防护措施的时间（约1小时）、降和升换料水池7.6m水位的时间（约3.92小时）以及长短导向柱的两次更换操作时间（约10.5小时），总计约15.42小时；方案二占用大修主线时间包括短导向柱顶端锥形头拆装时间（约1小时）和装拆延伸导向柱时间（约4小时），总计约5小时。
由此可见，采用方案二比采用方案一每次大修可节省主线时间10.42小时，具有更好的经济性。
4.2 操作人员受到的辐射剂量对比
方案一：拆除短导向柱时需要4名操作人员站在换料水池底部工作3小时，人员总辐射剂量为0.6mSv；导向柱安装时需要6名操作人员站在换料水池底部工作2.25小时，人员总辐射剂量为0.675mSv。大修期间要进行两次导向柱的更换操作，正常情况下采用方案一时操作人员接受的总辐射剂量为2.55mSv。
方案二：拆装短导向柱锥形头需要4名操作人员站在装卸料机人员通道工作1小时，人员辐射剂量为0.10mSv；将延伸导向柱安装到短导向柱顶端需要4名操作人员站在装卸料机或堆腔辅助平台工作2小时，人员辐射剂量为0.2mSv。正常情况下采用方案二操作人员接受的总辐射剂量为0.6mSv。通过对比可知，采用方案二时，操作人员受到的总辐射剂量比采用方案一要少约1.95mSv。
4.3 导向柱更换操作对比
采用方案一时，每次更换导向柱的主要操作步骤如下：（1）安装导向柱吊耳；（2）将手拉葫芦联接到环吊副钩上，测力计悬挂在手拉葫芦吊钩上，将导向柱吊耳与测力计连接；（3）提升手拉葫芦，保持合适的提升力，拆除导向柱；（4）利用环吊将导向柱吊至135′平台并倾翻至水平状态储存；（5）清洗检查过渡套螺纹，涂抹脂，对新的O型密封环涂抹脂，清洗导向柱安装孔，并目视检查其螺纹，不得有损伤；（6）将手拉葫芦联接至所需更换的导向柱上，提升环吊副钩将导向柱吊从水平状态倾翻至垂直状态；（7）将导向柱吊装至安装孔位置，对中后安装导向柱；（8）拆除手拉葫芦、测力计等工具。
方案二的操作分为以下步骤：（1）拆除短导向柱的锥形头，将专用工具联接到环吊副钩上并就位至短导向柱顶端，操作专用工具拆除锥形头并吊至135′平台储存；（2）将导向柱吊耳旋入延伸导向柱吊装孔，拆下专用工具，将手拉葫芦环吊副钩连接，将测力计悬挂在手拉葫芦吊钩上，将导向柱吊耳与测力计连接；（3）操作环吊副钩，将延伸导向柱翻转至竖直状态，并移动至压力容器短导向柱安装孔正上方。下降导向柱，当下端进入短导向柱顶部后要特别小心，当延伸导向柱底部接触到短导向柱顶部后（测力计读数开始降低），停止下降；（4）将导向柱拆装把手插入导向柱插孔，手动下压延伸导向柱到位，旋转把手使延伸导向柱与导向柱啮合；（5）拆除手拉葫芦、测力计等工具。
对比两种方案，方案一工作较为简单，但工作步骤多，工作量较大，花费时间和人力较多；方案二工作步骤较少，花费的时间和人力较少，涉及水下操作，对操作人员技能要求较高，操作难度相对较大，但可以通过加强培训来提高人员的工作技能。
4.4 导向柱运输安装对比
根据目前工程实际，三门核电1号机组在大型设备（蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压器等）吊装完成以后已经将反应堆厂房穹顶安装就位并焊接完成，屏蔽墙浇筑完成。因此，更换的导向柱需要通过附属厂房吊装口和设备闸门运输至反应堆厂房换料水池。
导向柱运输的路径：导向柱运至107′平台，通过附属厂房吊装口运至附属厂房135′平台，再通过设备闸门运至135′平台，最终运输至换料水池。设备闸门的直径只有4.9m，吊装区域空间有限，方案二中长度为4950mm的延伸导向柱比方案一中长度为9515mm的长导向柱导更容易倾翻，吊运难度更小，更容易实现导向柱的吊入、安装工作。
关键词:压力容器 设计 技术问题
中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0095-01
近些年来,伴随着社会经济的快速发展,我国的压力容器已逐渐被广泛使用于各个经济领域中,尤其是压力容器在化工、石油等经济领域中的使用最为广泛,约占整个系统的62%。在设计压力容器时,其质量的优劣与整套设备的先进性、可靠性以及安全性等存在密切关系,能直接影响着整个国民经济以及人民的生命财产安全[1]。设计作为一项较强的综合型的工作,对设计人员提出更高的要求,设计人员需要具备丰富的专业知识及技能。比如,熟练掌握压力容器的组织结构、材料性能、零件的受力情况以及容器的制造、检验等方面。目前,设计是一项画图电脑化以及计算电算化的结合体,设计人员通常借助电算工具进行数据统计,缺乏熟练掌握压力容器的设计指标,并未确认容器输入数据的正确与否,仅侧重于结果,忽视了其的计算过程,进而易于出现错误的结论以及存在一定的安全隐患,这严重影响着压力容器的安全使用,需要引以为视。
1 我国压力容器设计中常见的技术问题
1.1 毫无节制的加设标准容器的法兰厚度
按照GB150—1998《钢制压力容器》规定,在选取JB4700～4707标准容器法兰时,可免除计算其的法兰强度。但在设计管壳式的换热器以及由塔节共同构成的塔器过程中,对于其所选取的法兰,均应参照标准容器法兰,并给予校核。事实上,在设计管壳式的换热器中,进行容器法兰校核的目的在于:在计算固定管板的法兰时,为表现其和法兰垫片的压紧力存在密切的参量,才加以校核管箱法兰。而对塔器法兰进行附加校核,是为了验证塔节的法兰强度是否经过风载荷或者地震载荷的转换压力后校核,两者的核算本无密切关联,但其的校核结果常常会出现厚度不够的现象。因此,对于这一问题,设计人员在设计时,应加以注意。
1.2 预防应力腐蚀破裂的对策问题
应力腐蚀常出现于不同的腐蚀系统,但不论何种,均由于金属材质在固定腐蚀环境下合并承受持久高温的拉应力作用而形成的晶界或者穿晶裂纹,当裂纹的体积逐渐演变成一定数值时,即便应力尚未达到材质的承载极限,也会引发空前绝后的破裂。较为常见的应力腐蚀系统有:无水液氨、碳钢、奥氏体不锈钢、湿H2S和低合金钢等。由应力腐蚀而产生的持久高温拉应力,通常出现在容器操作时的热应力、容器内压导致的常规应力以及容器焊接时的残余应力等,其中由于容器焊接时而产生的残余应力占多数。腐蚀系统的不同,其形成的应力腐蚀指标、环境条件也有所差异,但只要达到各自相应的数值,便会出现相同的腐蚀形状、危险程度、破坏特点[2]。对于这一问题,在实际设计中,通常采用预防应力腐蚀破裂的基本对策,例如,改善应力的腐蚀环境、改进容器的结构设计、降低其的设计应力、提升制造的精确度等,这些方面对各种应力腐蚀系统均能适用。由于湿H2S系统的应力腐蚀常伴有酸性的腐蚀,因此,对其的设计,应更加仔细及严格,切忌误认为这种预防方法的效果和适用性有所差别。
1.3 压力容器的寿命设计问题
由于设计人员在操作压力容器时未能很好确定其的操作参数,进而难以精确估计整个容器的使用寿命。若压力容器的运行时间超出其所设计的使用寿命时,缺少相关的法规政策规定检修人员如何处理压力容器的故障,从而造成不必要的安全事故。对此,压力容器的寿命设计问题始终是国内设计单位及人员极其避及的问题之一。然而,在现实生活中,设计人员难免会遇到有关压力容器的寿命设计问题,具体原因主要包括以下几个方面:第一,材料的力学性能方面,比如高温断裂、蠕变等对时间的依存性较大。第二,载荷方面的因素,比如周期性的载荷。第三,受到腐蚀的因素制约,进一步影响了容器的使用寿命等。
依据GB150—1998《钢制压力容器》的规定要求,设计人员在设计压力容器的使用寿命中,应根据预计的容器介质及寿命加以计算金属材质的腐蚀速度,进而确定其的腐蚀裕量。容器的腐蚀速度主要包括两个方面,即介质本身的腐蚀与介质流动对压力容器材料的磨蚀。《压力容器安全技术监察规程》中的相关规则规定:“为预防及避免容器操作时超过其预计寿命而发生相应的安全事故,通常情况下,设计单位应在容器的设计图纸上标注其的使用寿命”。另外,在其他的法规政策中也有所规定[3]。
压力容器的预计使用寿命并非等于其的实际寿命,其仅是设计人员为使后续的操作依次进行而做出的估算。在设计图纸上标注预计寿命,目的是为了给容器的操作及使用者引以为戒,当容器的实际使用寿命超出预计的寿命时,能及时采取相应的解救对策,从而避免不必要的安全事故发生。
最后,压力容器的寿命设计作为一个较为复杂的难题,包含着材料选取、结构设置以及腐蚀数据等众多的设计要素,其预计的准确与否,主要取决于设计人员的水平及经验。不论是为了满足设计的要求,还是提升设计人员的水平,均应在设计图纸上标明容器的预计寿命。
2 结语
总而言之,压力容器的设计作为安全技术与操作过程有机结合的重要产物,有效合理的设计,将取得令人满意的成果[4]。对于上述举例的技术问题,是设计压力容器的过程中,极易被忽略且发生的关键,设计人员应给予高度重视,并引以为戒,避免相关技术问题的发生,从而造成不必要的技术损失。
参考文献
[1] 申长吉.压力容器设计过程中常见的问题分析[J].自动化应用,2011(6).
[2] 马炳贤.压力容器设计若干技术问题解析[J].硫磷设计与粉体工程,2011(6).
【关键词】 高温变形 蠕变 复合钢板 焊缝高温变化 理论基础
1 高温变形机理分析
对于复合钢板压力容器所使用的不锈钢复合钢板而言，其属于第二类固溶体，在蠕变的过程和位错的结构方面与纯金属是相一致的，对于蠕变变形而言，也主要是通过位错滑移、晶界滑移等方面的机理实施的，然而蠕变机理方面存在的差异，导致温度、应力和蠕变阶段方面的变化，对蠕变变形所起到的作用也是不同的。
1.1 位错滑移蠕变
在整个蠕变的过程中，其中非常重要的蠕变变形机理之一就是位错滑移。具体而言，首先在蠕变的初级阶段，一般在位错密度方面往往是非常低的，受到了溶质原子、第二相粒子等各种其它杂质的阻碍，进而出现了塞积的现象，导致位错运动仍然受到阻碍。在温度较高的情况下，随着蠕变变形量方面的增加，位错的密度也会提升，而亚结构也出现细化。在这种情况下，位错是十分容易借助外界所提供的热激活能和空位扩散，进而跨越杂质的障碍，继续滑移，如果温度升高，热激活过程就越活跃，冲破杂质产生的障碍所需要的外应力也越少，进而更容易出现位错滑移。
1.2 晶界滑动蠕变
在蠕变变形的过程中，晶界滑移实际上是一种重要的协调机制。一般在常温的情况下，对于晶界的滑动变形而言往往是非常不明显，是不易被发现的，甚至这种变化是可以忽略不计的。然而，在高温的情况下，因为晶界上的原子是十分容易扩散的，在受力以后是十分容易滑动的。实际上，在温度逐渐升高、应力逐渐降低，并且晶粒度逐渐减小的情况下，对于蠕变的整个过程而言，晶界滑动的作用和影响也是不断增大的，甚至是可以占据到总蠕变变形量的二分之一，以此同时，对于蠕变断裂而言，晶界的变形也是有着十分重大的作用的。对于晶界滑动的协调机制而言，蠕变的扩散需要通过晶界滑动进行具体的协调，或者说晶界滑动需要通过扩散蠕变进行具体的协调，进而保持材料的连续。相反在晶界上就可能会出现一定的空隙或者形成物质堆积。
2 高温断裂的影响因素
2.1 温度对蠕变断裂的影响
因为温度对于热激活能的影响是比较大的，温度越高，所形成的空洞的速度也就越快，空洞的密度也越大，缩短了空洞和空洞之间的交汇所需要的时间，使得发生蠕变的机率也有所提高。依据损伤力学的基本原理，对于金属的损伤而言，其主要是与晶格间微裂纹的萌生以及增长的过程相对应的，在不发生变化或者变化缓慢的载荷作用的情况下，对于损伤的具体演变而言可以呈现时间的函数，温度越高金属的损伤呈现的就越明显。
2.2 载荷对蠕变断裂的影响
对于试样的蠕变行为而言，载荷的增加是具有一定的影响力的。在应力不断提高的情况下，空洞的尺寸也是有所增大的，相应空洞的密度也有所增加。但是，应力的影响与温度相比，温度的影响是相对较大的。在理论方面看，在空位所形成的半径为 R 的球形空洞的过程中，如果想要使得系统能量保持稳定，其临界的半径实际上应与应力成反比，而与空洞单位面积的表面成正比。因此，临界半径是随着应力的不断增大而减小的，或者说，在改变应力，而其它的条件不变的情况下，在应力提高的情况下，空洞长大的时间也就更多。
3 复合钢板压力容器焊缝高温变化
在分析复合钢板压力容器的焊缝部位在高温的情况下，产生蠕变的具体机理中，要将复合钢板压力容器焊接的过程和具体材料在高温的情况下发生蠕变的具体机理结合起来。复合钢板压力容器在高温环境下作业时，焊缝的蠕变变形主要受位错滑移、原子扩散、晶界变形与滑移等方式影响着，致使出现焊接缺陷处，这种缺陷生长并交汇连接，最终形成蠕变微裂纹，直到断裂。
3.1 焊接缺陷处的高温蠕变的分析
在复合钢板压力容器焊接以后，在焊缝复层与过渡层的界面、过渡层与焊缝基层的焊接界面以及过渡层焊缝、焊缝各区域的热影响区会出现比较多的焊接缺陷。在这里，过渡层与复层焊缝的热影响区的缺陷是最严重的。其主要的原因在于，在长期的高温环境下，操作会有很大压力，这种压力会引发环向与轴向的应力作用，而热影响区是最薄弱的部位，蠕变的发展会相对迅速，使其最先产生高温蠕变，并逐渐扩展至整个焊缝热影响区。当然，在复合钢板压力容器的焊缝高温蠕变的过程中，无非刻意去把蠕变整个过程分成各个阶段，因为在实践中，有可能整个焊缝的各个部位会同时出现蠕变的情况，只是不同部位的蠕变的强度不同罢了。
3.2 焊缝晶界缺陷的高温蠕变的分析
在复合钢板压力容器的焊缝部位，会有两方面的情况出现。第一方面，在复合钢板焊缝的过渡层的晶界上有大量的碳滞留，与Cr、Mo等第二相粒子形成碳化共晶杂质；第二方面，在高温环境下，焊缝的复层与过渡层、过渡层与基层的晶界面上，会形成大量第二相粒子，在焊接热影响区则会有诸如MnS夹杂。在上述的碳化物和MnS等共晶杂质上，其空洞会优先形核。通过研究表明，奥氏体钢中的空洞会在晶界上、碳化物上形核。
4 结语
影响金属材料的高温蠕变的因素是多方面的，像温度、材料中含有的化学成分、冶金工艺、组织结构和热处理方式等都是影响的因素。然而，复合钢板压力容器的焊缝所产生的高温蠕变，除上述影响因素外，还和焊缝焊接的工艺、焊缝的结构和金相组织有密切的关系。复合钢板压力容器的焊接，不但增加了过渡层的焊接，还有其他金属的焊接，焊后会留下很多的焊接上的缺陷，过渡层焊缝的热影响区在这种情况下是最容易形成蠕变空洞的，导致蠕变裂纹的出现。
参考文献：
[1]黄晶，刘宇光，张涛等.厚板焊接残余应力的试验研究[J].中国舰船研究，2009，4（5）：33-37.
关键词：压力容器；检验；问题；措施
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.019
0 导言
为保证压力容器的安全使用，对设计、制造、安装、使用及检验过程中，应制定措施强化管理，从而保证其安全使用。压力容器属耐耗类设备，在使用过程中应做好检验工作，及时发现使用中存在的问题，并针对问题采取相应措施来处理。
1 压力容器检验中存在的问题
1.1 自身质量方面的问题
压力容器自身就存在的质量问题，主要是容器上的问题，例如设备零部件的刚性及稳定性差、强度也低，支撑件被腐蚀；压力容器密封不好；阀门有漏水漏气现象；压力容器本身没有防护及检验的措施；设备的支撑方式不合理等。这些问题会导致设备操作人员发生中毒、烫伤等安全问题。
（1）表面缺陷问题。压力容器表面缺陷主要有裂纹、缺口等，表面缺陷主要来自压力容器的制造和加工过程及其投入使用过程，工作人员的人身安全和设备在生产中的使用效率都受到了极大的影响。压力容器的表面存在缺陷，需即使进行修复处理，在容器投入使用之前，查找问题并认真分析解决，保证其安全使用。
（2）压力容器腐蚀问题。压力容器腐蚀问题发生时，容器的表面和结构连接处会产生点状和分散锈蚀等问题。被腐蚀部分的深度大于等于10mm、腐蚀范围内的直径大于等于300mm以上的情况，为严重腐蚀；当腐蚀为点状，范围内直径小于等于300mm、面积在50cm2以下，为腐蚀较轻[1]。容器的腐蚀较为严重时，要及时处理，处理之后仍不合格，则要进行报废；容器腐蚀较轻时，要根据实际情况进行处理。
（3）容器焊缝问题。容器在焊接的部位不连续，当容器受到应力较大的外力时，连接的部分容易发生裂缝问题；此外，压力容器在工作过程中，所需的压力及温度在不断变化，承受载荷也在变大，相应承受的强度就增加，从而产生焊缝，极大影响了压力容器的正常工作。
1.2 压力容器日常维护问题
一些压力容器的使用单位缺少专门的管理机构和专职的工作人员，容器的操作人员没有进行相应培训；此外，容器运行时，他们没有对容器的使用环境、外界控制方法、维修方法等进行严格注意。一些单位仅仅在检查期间，才临时进行容器的检验，日常缺乏完备的检验标准和定期定量的检验计划，导致压力容器在检验中无据可依。
1.3 环境与人员问题
压力容器在检验时，还有h境方面问题，首先是检验的空间太小，其次是容器的工作通风不良好，最后容器内部的温度也不适合检验。此外，这样的检验环境对工作人员的身体也有伤害。部分检验工作人员还不具备专业的检验检测技术，会在决策过程中产生失误，检验过程中因自身原因犯错等。
2 压力容器检验过程中的措施分析
2.1 采用磁粉检验表面缺陷
磁粉检验方法是利用工件表面的不连续性产生的漏磁场对磁粉产生作用，来检验压力容器表面是否有缺陷，由于铁元素在压力容器的原材料中普遍存在，所以一般都会使用磁粉检验法，这种方法具有速度快、灵敏度高、检验成本相对较低等优势，并且对于容器表面缺口及裂纹也能准确检验，哪怕是检验容器组成部位折叠处及夹层等部位。一般设备单位都选择此法，但其也有一定的局限性，比如只能用于检验铁磁性材料。
2.2 射线检验整体尺寸
在检验压力容器时射线检验方法应用比较广泛，主要对压力容器表面缺口、裂纹、气孔及其部位存在的焊缝等问题进行检验。此外，还可对压力容器的局部或者整体尺寸进行检验，这种方法具有精确、直观的特点，直接能得到图像及结果，对实际应用有较好的指导意义，但对压力容器的零部件如棒材、锻件和管材的检验，仍不到位，因此还需进一步的开发射线检验法的深层用法[2]。
2.3 超声波检验内部缺陷
超声波检验方法作用在于检验容器内部存在的裂缝，利用超声波在容器内部进行传导，根据超声波在传播过程中，声波具有表面反射的性质以及声波的变化，来发现容器表面或内部的缺陷，超声波检验与射线检验方式相比，穿透力更强和灵敏度更高，且检验检验速度快、指向明确、效率高、成本低，检验效果也很好。此外，对容器内部的焊缝及潜在缺陷也具有较高的灵敏度，实际应用价值高且检验风险小，值得推广。
2.4 渗透检验部位缺陷
在对压力容器材料是否有非疏松特点、非多孔特质检验时，通常使用渗透检验方法，比如检测陶瓷、塑料、钢铁及有色金属等材料，需要通过去除剂、渗透液和显像剂等作用，应用毛细管现象的原理，从而使容器表面的缺陷显现。在整个过程中，如果压力容器表面有裂纹或裂缝，液体会渗透进去，再清楚表面的液体，容器的完整性就可以通过显像剂来暴露出来[3]。此外，为保证准确的检验出压力容器的缺陷部位，就需要使用质量上佳的渗透液、显像剂，在检验时要符合科学规范的流程，这种方法使得检测的结果更准确，并且拥有较广的探测范围，相对于以上几种方法，还能检测到不能涉及的范围，从而使压力容器的潜在风险得以避免。
2.5 做好压力容器检验质量改善
在对检测压力容器时，评判压力容器质量的唯一标准就是检验的检测质量。只有检验检测质量可靠，压力容器的安全运行才能得到保障。因此，为了使检验质量得到保证，需要合理控制各项检测数据，如果发生高于正常值情况，对相应部位进行及时修复，在完成修复后，还要进行复检，只有达到标准才能够开始后续工作。
3 结束语
总的说来，只要平时的检验中注重监管，对压力容器检验中出现的问题，应认真找出问题原因及解决方法，采用先进的检验方法，有效处理并检验成功，才能促进压力容器的更有效使用。
参考文献：
[1]高原，刘海光.压力容器检验常见问题分析及应对措施[J].化工管理，2014（09）.
[2]吴久江，刘涛，高宁宁.压力容器检验中的常见问题及解决对策分析[J].中国：高新技术企业，2012（09）.
关键词：压力容器；有限元软件；仿真
引言
随着现代工业的发展，压力容器已广泛应用于化工、电力、纺织、医药、机械等行业[1]。在传统的设计中，为了提高设备的安全性，通常将压力容器的壁厚等参数设置的较为保守，使得设计出来的容器笨重，且还浪费材料。随着计算机技术水平的飞速发展，我们在设计过程中可以利用有限元软件对容器进行仿真[2][3]，通过仿真优化设计参数，从而使得设计的容器能够满足安全性能要求，同时也可以节省制造成本[4]。
1.有限元软件ABAQUS的介绍
ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件，一般被用来解决相对简单的线性分析到复杂的非线性模拟等问题。ABAQUS不仅能够解决结构分析问题，而且还能够模拟和研究热传导、金属切削、声学、质量扩散等问题。ABAQUS主要有两个分析模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。一个完整的分析过程通常包括三个步骤：前处理、模拟计算和后处理。
前处理部分主要包括几何建模、网格划分、接触定义、分析步定义、载荷和边界条件设置等。前处理完成之后，对任务进行创建和提交，若发生错误，需要根据提示对建模中的问题进行修改。等待计算完成之后，查看并分析结果。
2.实例分析
使用有限元软件对内径1300mm，壁厚14mm，筒体长度1330mm，使用材料为Q235-B的搪玻璃反应罐进行有限元分析。内筒设计压力为0.4MPa，弹性模量为 200GPa，泊松比为0.3。
2.1 建立仿真模型
首先，我们根据容器的几何参数进行几何建模，并对材料的性质就行定义。根据实际应用的情况对模型进行约束和压力的施加。在此，我们对容器的四分之一进行建模和分析。模型如图1所示：
图1 仿真模型
2.2 仿真结果
（a） （b）
图2 仿真应力图
（c） （d）
图3 仿真应变图
通过仿真应力图2，可以发现，筒体和封头连接处的应力最大，此外，封头的顶端也受到较大的应力。通过仿真应变图3，我们发现，封头顶端所示的应变较大，连接处较筒体所受的应变也较大。
2.3 仿真与实验结果对比
仿真完成后，根据容器的参数我们进行压力实验，实验压力值如公式1所示： Pt=1.25Pc=0.88MPa…………………………………………….（1）
试验压力下圆筒的应力如公式2所示：
MPa……………… …………………….（2）
通过仿真和实验比较发现，仿真得到的最大应力约为50MPa，实验得到的应力为53MPa，数值相差6%。
3.结论
本文通过有限元仿真简单压力容器，可以得出：
3.1仿真得到的应力和实验得到的实际应力基本相符，说明有限元仿真软件可以在压力容器的制造设计及其检验过程中得到运用。
3.2筒体在受压的情况下，筒体和封头连接处受到的应力和应变较大。这就意味着通常情况下，这两个部位是压力容器较易失效的部位，也提醒我们检验及设计人员，要对这两个部位重视。
参考文献：
[1]梁基照.压力容器优化设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]刘伯玉，丁传安.薄壁压力容器的有限元建模研究[J].现代制造技术与装备，2009.
[3]吕景贵.有限元方法及其软件的几个应用[D].浙江：浙江大学硕士学位论文，2006.
关键词：压力容器；质量保证体系；质量控制
中图分类号：O213.1文献标识码： A 文章编号：
压力容器是现在工业生产过程当中必不可少的一种承压设备，在人们的日常生活、科学研究以及工业生产的过程当中都广泛被应用，常使用在有毒、易爆和易燃的工况中，在腐蚀介质和一定的压力、温度条件下，能够使设备受到破坏和失效，导致事故的发生，引起中毒、火灾、爆炸和环境污染等问题，给人民和国家的生命财产安全造成巨大的损失。
一、压力容器的概述
1、概念。所谓压力容器，指的就是盛装的液体或者是气体，是一种能够承载压力的设备，在电力、医药、化工和炼油等工业中都发挥着非常重要的作用，最高的工作压力范围等于或大于0.1MPa，容积与压力的乘机应当等于或者是高于标准的沸点、液点，设备的正常使用条件非常复杂，在运行、制造以及设计的过程当中，如果不能得到有效的质量保证，就很容易造成安全事故的发生，引起环境污染、中毒、火灾、爆炸等重大险情的发生。
2、结构组织。在压力容器的制造过程当中，必须要对工作的任务进行分组、分工和协调合作，建设有效的质量管理组织，任命质量管理工作的主要管理工程师，在质量管理的过程当中加强对质量检验人员的培训和资质管理，充分保证产品的质量。
二、压力容器制造的质量保证体系
压力容器的质量保证体系指的就是在生产过程中对产品进行检验检查和监督的执行机构，主要包括从材料、图样、质量改进、压力试验、理化检验等方面的环节，只有不断健全完善压力容器制造的质量保证体系，才能使得压力容器产品的制作质量不断提高，一方面，需要保证工作人员的质量，质量保障责任人也就是工程质量管理的主要责任人，在自己的岗位上需要行使自己的岗位职责，严格把好产品生产的质量关，很多企业借用的是外单位人员的报岗制度，加强对责任人队伍的建设，严格把好质量关，是保证压力容器产品制造质量的关键所在，另外，也需要给予质量保证工程师在质量上的否决权，在当前的很多私营企业当中，不少企业都存在着企业领导决定质量的原则，导致质量保障工程师并不能够根据实际的情况对产品质量进行保障。要想真正做到使质量控制师取得一定的工作效果，就需要各个企业和相关部门的共同努力，建立健全质量保证体系，在压力容器生产资质的申请过程当中，严格检查和督促取证企业的实际运行情况，对能够影响到压力容器制造质量的相关环节要求加强控制，保证压力容器的生产制造质量。
三、压力容器制造的质量控制
1、原材料的质量控制。压力容器能够被广泛应用到社会不同的行业当中，其工况恶劣且复杂，如易爆、易燃、剧毒、高腐蚀、疲劳载荷、高压、低温、高温等，这些恶劣的使用条件决定了其所用的原材料具有较多的种类，并且对其质量要求很高。根据压力容器所具有的这些特点，相关工作人员必须要从原材料的入厂检验着手，始终坚持所有零部件所使用原材料的可追踪性和可靠性。原材料在进厂之后，需要按照相关的订货协议对供货商所提供的证明书进行相关的质量复查，保证原材料的各项性能指标能够准确符合材料的供应标准，确定符合标准之后再对其进行入库的编号，建立原材料入库档案，并根据相关的标准规定为原材料打钢印，为了避免原材料出现锈蚀等现象，在打上钢印之后需要涂上一层防锈的涂料，之后对其进行合理摆放。
2、制作过程的控制。在压力容器的制作过程当中，加强对工艺的控制具有非常重要的作用，同简单的产品加工工艺相比较，压力容器的制造过程具有单台套多品种的特点，这就需要制造厂针对不同的压力容器编制不同的工艺文件，在制定出合理正确的工艺之后，在施工的过程当中要严格执行工艺流程，完成每个工序之后，检验员和操作者在工艺流程上要进行签字认可。
3、焊接质量的控制。在很大程度上，焊接的质量会直接关系到压力容器的使用寿命和安全，严格控制好焊接的质量是压力容器保证制作质量的关键所在，首先，必须要建立起焊接材料发放、回收、保管等的制度，保证所购进的材料能够有产品合格证和质量证明书，经过验收和检查之后，才能按照相关的要求对其进行入库登记。要求从事压力容器工业生产的焊工必须要持证上岗，在证件有效期内承担符合证件规定类别的焊接工作。
4、无损检测质量控制。无损检测也被称作探伤，压力容器在制造的过程当中常常会用到探伤的方法，主要包括渗透、磁粉、超声以及射线几种形式，在进行无损检测时，首先必须要明确设计要求的合格标准以及探伤的方法，分析看该方法是否可以执行，也可以根据图纸的具体要求来实行探伤的方法，另外，在进行无损检测时，实践经验会显得非常重要，不同的人利用同一个机器进行操作，所得到的结果可能就会不同，那些经验较为丰富的工作人员所得出的正确率往往会很高。探伤仪器的质量如何对于探伤的结果也能够产生很大的影响，使用质量不合格的仪器就很容易会造成误判。
5、焊后的热处理控制。压力容器在制造的过程当中往往会需要进行相应的热处理操作，在进行热处理操作时，必须要注意控制降温、保温和升温三个阶段的温度和速度，为了可以保证能够达到热处理的预期效果，就应当对热处理的工艺进行正确的编制，对关键的工艺参数作出较为严格明确的限制，严格执行热处理的工艺规范要求，做好记录凭证，并对热处理的仪表进行定期的检查。
四、结语
压力容器制造的质量主要包括安装质量、制造质量以及设计的质量，但影响最为关键的就是制造质量，为了能够尽量降低企业的生产成本，使质量管理体系能够更加系统化和科学化，生产出符合国家标准和设计要求的相关产品，就需要建立起符合本单位生产要求的压力容器制造质量管理体系，建立健全压力容器的质量保证体系，改变传统的管理方式，由传统的管结果转变为现在的管过程，把好产品的质量关，避免产生不合格产品，严格控制影响压力容器制造的生产环节，确保压力容器的制造质量。
参考文献：
[1] 蒲亨前,陈泽盘；锅炉压力容器焊接质量控制系统的建立与质量控制[A].中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C].2008.
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