压力容器现代技术进展

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1、压力容器现代技术进展随着冶炼、机械加工、焊接和无损检测技术的不断进步，特别是计算机技术的飞速发 展，压力容器技术在材料、设计、制造工艺、缺陷分析、探伤与检验等方面都有了长足的 进步，其规范和标准也日趋完善。“八五”国家重点科技攻关课题中针对面型缺陷、体积型缺陷、高应变区缺陷和压力 容器安全状况等级划分等问题，以及无损检测、监控新技术(超声波检测及声发射监控技术)等 方面的关系开展研究，在压力容器安全评估关键技术和无损检测、监测新技术方面取得突 破性进展；“在役锅炉压力容器安全评估与爆炸预防技术研究”课题围绕消除锅炉、压力 容器事故隐患和降低爆炸事故率，解决了锅炉、压力容器安全工程中最为普遍和带

2、有全局 性的问题；荣获国家“八五”科技攻关重大科技成果奖及劳动部科技进步一等奖的“压力 容器极限与安定性分析及体积型缺陷安全评估工程方法研究”成果已应用于 40 多个项目的 安全评定；“在役压力容器危险性缺陷声发射检测、监测、评估技术研究与设备研制”成 果被广泛用于现场检验，同时全面带动了声发射技术在我国的应用；“锅炉压力容器失效 分析研究”成果，被应用于 17 个重大锅炉、压力容器爆炸事故原因分析中，其中光学无损 金相复型技术更被广泛用于现场检验；“锅炉压力容器爆炸与失效案例安全评估及其分析 管理系统研究” 、 “声发射技术在在用压力容器检验中的应用” 、 “乙炔瓶填料缺陷的声发射 检测”

3、、 “带缺陷压力容器安全性评定研究”以及“典型压力容器结构及常见缺陷处应力分 析及应用图谱研究”等科研成果均已应用于锅炉、压力容器、压力管道及其相关设备的安 全工程技术领域，受到了社会各界及用户的欢迎。在“八五”研究成果的基础上， “九五”期间又进一步开展了“在役工业压力管道安全 评估与重要压力容器寿命预测技术研究” ，既深入研究压力容器的寿命预测技术，同时扩展 研究在役工业压力管道的危险源评价技术、缺陷检测和安全评估技术，从而提高我国在役 压力管道和压力容器运行的安全可靠度。 1 国内外压力设备标准、规范和法规的发展标准体现行业综合技术水平和管理水平，先进的标准促进行业的发展，提高压力容器

4、产品的竞争性和质量。我国压力容器标准化技术委员会自 1984 年成立以来，迄今已是第三届。经过我国压力 容器标准化工作者的努力，已制定了以 GBl50钢制压力容器为核心的一系列产品的标 准、基础标准和零部件标准，构建了压力容器的基本标准体系。全国压力容器标准化技术委员会 1999 年 12 月在上海召开的第三届第二次全体会议， 对标准的修定程序做了修改。从原来的标准编者组稿，编制组进行协调、送审、修改、报 批和出版发行的修订程序，更科学合理地改为以标准修订提案审查制度为核心的现代压力 容器标准制定修订程序。以体现高新技术和与国际接轨为中心，加快标准的制修订步伐，完善压力容器标准体 系。出版了或

5、即将出版一系列国家标准，如 GBl23371998钢制球形压力容器 、GBT x x x x x压力容器名词术语 、GBT x x x x x压力容器声发射检测 、GBT x x x xx(在役含缺陷压力容器安全评定等；出版了一批行业标准，如 JB4708- 2000钢制压力 容器焊接工艺评定等；出版了一批指导性技术文件，如压力容器标准体系等。为了 与国际接轨，全国压力容器标准化技术委员会还出版了 GBl50 标准的英文版。压力容器标准国际化、一体化的趋势更加明显。欧洲议会在 1997 年 5 月正式批准了统 一的压力设备指令，于 1999 年 11 月引入欧盟成员国的法规，并于 2002 年

6、 5 月在欧盟内强 制执行。欧洲标准化委员会正争取将欧洲标准上升至国际标准。美国和日本等国家也为争 夺国际市场，积极采取措施加速国际标准的制订。ISOTC11 提出 ISO15386 国际锅炉压力容器标准草案，主要内容是国际标准的基本要求、质量体系、结构安全性等要求和各国 标准成为国际标准的注册认可程序等。2000 年 4 月在悉尼召开的 ICPVT9 全体会议，探 讨国际标准的内容，拟定压力设备通则，消除因各国标准的差异可能出现的技术壁垒，达 到各国标准的相互认可，实现压力容器产品的自由贸易。会议报告从不同侧面介绍了欧共 体在压力设备标准、规程、法规等方面的发展状况和指导思想，对别国相应的标

7、准、规程、 法规很具参考价值，对标准的国际化起了促进作用。 2 压力容器用材料及其标准我国己建立压力容器、多层压力容器和锅炉钢板等相应标准。如：GB713“锅炉用碳 素钢和低合金钢钢板” ；GB6654“压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板” ；GB6655“多层 压力容器用低合金钢板” 。由于各国标准体系不同，因此标准结构和内容差别较大。在这方面，欧洲地区经过多 年的工作，已制定了欧洲的统一标准，有利于技术交流和贸易的发展。其标准结构如下：ENl00281，总体要求；EN100282，非合金和合金耐热钢；，ENl00283，经过正火 的可焊接的细晶粒结构钢；ENl0024，镍合金韧性钢；ENl0

8、0285，热力机构用可焊接 的细晶结构钢，Enl00286，经过调质的可焊接的细晶粒结构钢，ENl00287，不锈钢。 上述 7 个部分，包括了各种用途的压力容器用钢，部分 1 为总的要求，部分 27 是部分 1 具体应用的补充。在压力容器用钢方面，我国标准与欧洲标准相比，有如下异同点： (1)牌号。我国标准规定的牌号：碳素钢和低合金钢钢板有：Q235AF，Q235 B，Q235C，20R，16MnR，15MnVR，15MnVNR， 07MnCrMoVR，07MnCrMoVDR，15Mg94bR，14CrlMoVDR 及新研制尚未列入正式标准 的 12MnNiVR 等；碳素钢和低合金钢钢管有：

9、09MnD，10 号、20 号钢管， 20G，12CrMnCl5CrMnG，12Cr2MnG 等；高合金钢钢材 有：1Crl8Ni9T2 等。EN 标准主要为 Mn 钢及 MnCr 钢和 N5Cr 钢。Mn 含量高达 17，Cr 高达 15，Ni 达 25。我国在含 Mn 钢上与 EN 标准基本一致。 (2) 分类。我国标准分薄板和厚板二类，薄板多用于多层压力容器；加上锅炉用钢板(含薄板和 厚板)。在体现专门用途上分类不够细化。叫标准规定：耐热钢(适用于锅炉用钢)；正火细 晶粒可焊接结构钢(相当于我国标准规定的压力容器用钢)；热力机械用钢和腐蚀介质下工 作的钢板(满 足相应的标准)。对比可见，

10、欧洲标准专门用途更具针对性；(3)强度等级。我国标准规定的强度从 245510MPa，范围较宽。EN 标准的屈服强度 上限达 6 如 MPa，其使用范围更宽； (4)交货指标(主要是力学性能)。我国标准规定抗 拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击功等。EN 标准规定为抗拉强度、屈服强度、断面 收缩率 和冲击功，同时规定高温下，例如 300Y 以下，伸长率(02)的最小数值。EN 标准在高 温力学性能的规定上，更贴近使用条件。在冲击功的规定上，EN 标准不但规定同我国标 准一样的室温指标，而且还规定了达到60Y 冲击功指标。鉴于我国标准在结构、内容上 与欧洲标准不同，我国标准体系应加以完善。 虽然

11、我国的 GBl50、容规和美国的朋 ME 规范 中部有专门章节，规定了压力容器用材的标准、牌号及要求，但两者在体系上有很大的差 别。主要表现在下列三个方面 L6i： (1)A5ME 规范把压力容器用材标准列规范第 H 卷，是规范的一个重要组成部分。钢材 标准由材料的供需双方作为规范的一个部分进行编制因此较全面地体现了建造方对材料的 质量、采购、使用和检验要求。而 GB 钢材标准主要由供方编制，作为供方的质量标准。GBl50 和容规虽然在材料选用方面进行了补充，但由于上述原因，不能完整地反映建造方 的要求；(2)使用 A5ME 钢材标准时一般均有采购规 范予以补充和具体化。采购规范由工程公司或容

12、器制造厂根据具体用途和经验制订，并作 为材料采购合同的技术附件。而国内的材料用户往往没有把钢材标准作为压力容器规范的 一个部分来研究、了解，因此不习惯编制采购规范，而且基于对钢材价格的顾虑或钢材供 应方的服务质量，放弃了用户的利益，依赖于容器标准及规范来体现用户的利益和要求。 事实证明是很难如愿的； (3)A5ME 规范中“材料”的含义是广义的，包括各种型式的 钢材(板、管、锻件、铸件、棒、型材、丝等)、标准零部件(包括制造厂自订标准)，如管件、 法兰、阀门、组合部件、管板、紧固件、焊接材料，甚至把除筒节、封头以外的外购焊接 受压件亦 列入“材料”范畴。上述的各种“材料”一般均由容器制造厂外购

13、，而不是自行加工完成。 即使是钢板、钢管等原材料也已定尺、甚至割圆(封头压制用)供应，因此容器制造厂如同 组装厂。这些方面与国内习惯的材料供应方式、范围、习惯都有很大的差别。ASME 规范 中涉及材料的各种条款都是基于上述背景编制的。 3 压力容器设计优化及制造工艺的进展 计算机技术和信息工程技术的应用已经渗透到压力容器行业的每一个领域，从根本上 改变了传统的压力容器行业的观念，这在压力容器设计和制造上体现得尤为明显。IH mu 人真直 J卜户 J 夕乙可乙3Piu 二 o 在设计和制造上，传统的计算机辅 助设计(L4D)已逐步向计算机辅助工程(CAE)方向发展，汁算机辅助制造和更为先进的 C

14、IM5 技术也逐步改变压力容器制造厂传统的工艺卡方式 L1i。由于压力容器设计的各个环 节是依据国家标准规范、结合实际工况条件进行的，有相对确定的可遵循的程序，所以可 以开发出压力容器设计软件，结合软件使用者的文字输入或鼠标点取初始参数等，获取设 计所需的参数、提示、参考和指导，这样既减少了设计者因考虑不周，缺乏经验等而产生 的设计错误，也减少了设计人员和制造人员的工作量，实现了工艺文件等资料的计算机管 理，提高了设计效率和设计质量，有助于设计的标准化和规范化?”91。全国化工设备设 计技术中心站开发了压力容器设计监察软件。该软件系根据各类压力容器的现行法规、标 准及规范进行编制，其主要功能是

15、按用户所指定的工况条件，按照现行的法规、标准及规 范提供设备所需要的设计技术要求。其主要功能有：(1)对属于容规监察的设备进行容器类别的判定；(2)确定设备的设计、制造及检验应采用的标准及规范； 。(3)对设备的主要受压元件所采用的材料进行鉴别，并提供所用钢材的标准号、使用状 态以及各种附加要求(例如超声波，冲击试验等)；(4)提供设备各主要受压元件之间焊接的焊缝结构要求；(5)向用户推荐设备材料焊接时所使用的焊条牌号；(6)提出设备焊后热处理要求； (7)确定设备主要焊缝的无损探伤要求； (8)对于有晶间腐蚀试验要求的设备，提出品间腐蚀的试验方法及合格标准；(9)根据设备的工况条件提出设备压

16、力试验及致密性试验的要求；(10)根据设计温度，向用户推荐设备底漆的品种，提供设备保温材料的选择；依据设 备的工况条件，提出制备设备焊接试样板的要求等；(11)对立式(包括带夹套)容器和卧式容器，还将提供在设备上设置人手孔的有关要求；(12)对于带有搅拌装置的设备，程序将提供有关搅拌系统的各项技术要求，同时对搅 拌轴亦将会作出相应的技术要求；(13)对于塔设备的运输方式，程序也将提供 参考性意见； (14)程序还能提供塔设备的安装技术要求以及有关塔壳、塔盘、塔板、栅板等零部件 的技术要求和喷淋装置的装配要求；(15)程序提供换热器的型号以及换热器中有关换热管、管板、折流板或支持板等 零部件的技术 4 焊接结构无损检测技术进展 (1)对焊接结构无损检测技术的要求焊接结构在制造过程中和服役期间会产生各种缺陷。从失效统计得知：焊缝是压 力容器失效的多发区；随着压力容器制造和检测技术的改进，压力容器的失效率呈下降趋 势。所以加强焊接