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我国高参数压力容器的设计、制造与维护之变化

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我国高参数压力容器的设计、制造与维护之变化

发布日期:2015-05-22 00:00 来源: 点击:

伴随我国经济快速发展,对压力容器的需求呈现出向高参数方向发展的去世。这些压力容器至少具有两个方面的特征之一:一是先进的技术和工艺的使用、原料的多样化和劣化,使压力容器服役条件极端化,表现为更高的压力、更高或更低的温度、耐受更强的腐蚀介质;而是为了提高经济效益,促使极端尺度压力容器出现,表现为更大的直径、更大的壁厚、更大的长度或高度。

服役环境与设备的高参数化往往会引起设计范围的不断拓展,设计边界变化会引发失效模式与失效准则的变化。为此,在中国一批行业学者、专家为极端条件下的公安参数压力容器的设计、制造与维护进行了有效的探索与实践。

高参数压力容器带来的变化

高参数压力容器,所带来的变化都是前所未遇的,设计压力容器建造、使用的各个环节。

1.1压力容器设计范围的拓展

压力容器的设计范围已从传统化肥工业的35MPa/-196~400℃有了很大大拓展,已知需求面临的已是压力-70~350MPa,温度为-269~900℃,在疲劳、蠕变、复杂腐蚀等苛刻环境下服役的设备。

1.2 失效模式和准则的改变

高参数压力容器可能使失效模式和设计准则发生改变。如服役环境导致了容器失效模式的改变,像超高压容器的腐蚀疲劳失效,高温容器的蠕变、持久断裂和蠕变疲劳失效,复杂腐蚀介质容器的介质促进断裂等,都是实例;又如极端尺度也会导致失效模式的改变,换热器直径变大后,壳盛介质的流动由轴向流为主变为径向混流,而径向混流会诱导管束的异常振动,大直径原油储罐要考虑“屈曲失稳”与“象足变形”等。失效模式的变化往往又会突破原油设计准则,如由中低压到超高压,弹性设计必然为弹性朔性设计所代替,由低温到高温,必然要考虑蠕变设计准则。

1.3提出新的材料要求

设计范围的拓展必然导致对材料性能更高要求或新材料的开发。如超高压容器材料对断裂韧性的要求,高温容器材料对蠕变、持久强度的要求,低温容器材料对低温韧性的要求,大型换热器对换热外径和壁厚精度的要求、硫化氢介质环境下服役容器材料对钢材纯净度的要求,有色金属钛、镐制耐腐蚀设备对铁、气体元素含量的要求,特厚板和锻件的性能均一性要求等。

1.4制造装备和制造方式的变化

高参数压力容器对母机装备与制造方式等提出了更高的要求。受限,完成极端尺度压力容器的制造无疑增添必要的重型装备,当尺度过大,无法运输时,需要进行现场组装或现场制造,与重型装备配套的工艺、现场组装或现场制造技术室必须克服的难题。其次,为在制造过程中控制极端参数带来的风险,针对具体的失效模式优化工艺,相应提高容器的强度、塑形、高温长时性能、那你腐蚀性能、组装精度,降低焊接残余应力等,都成为制造单位不容忽视的新课题。

1.5全新的检验要求

高参数压力容器设计、制造边界和失效模式的变化,必然对检验提出新的要求。如材料和焊接头的液氦温区性能检验、。高温长时性能检验、高温腐蚀介质环境性能检验、高温疲劳性能检验、超厚工件缺陷检测,泄露检测等一系列难题。

1.6容器维护面临的挑战

公安参数压力容器失效模式的变化,必然给在役维护带来新的挑战,如中高温下不仅要考虑疲劳破坏还要考虑蠕变疲劳交互作用的寿命预测与安全评估一些过程工艺投入运行时间不长(如煤直接液化),使用维护经验本身就欠缺;再加上设备的使用参数很高,对可靠性要求也高,如何合理、有效地实施定期检验、维护,也是行业所关注的焦点。


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