外文翻译--压力容器技术进展

英文原文 on of .S in N 13445 007 .S on of a . ow a of is an of of of as 1. 2. of 3. 4. 5. of 6. To in B. . n It is in as 2. is of by to In of of (1) of in 6528 of 4 at to or to or at or in of or at be in of at or 2)of or in by of of of of of (3) by (4) or be at be of of of of 5) n to of it is a to S 1 (2007 nb .5 2 (2007 nb .4 . of nb , nb in .4 B 150 B 4732 be (6) ue n to C. of 1. by to of to to of by be in of be to of of 2. (1) to of by to of in of 2) to of in to of in to of 3) to to as as to of . 1) to of as as to in of to of (2) to of as of of to to on of (3) on to of of on of (4) to of of of , to in of to of to to up of 4. 1) to of of (2) To by to in 5. (1) to of of of (2) of to of of of as 6. 1) of of of on of (2)of as as as 7. To of To 中文译文 压力容器技术进展 摘 要：近期欧洲和美国相继颁布了新的承压设备标准，特别是在压力容器领域，欧洲的和美国的 0072全面整理和改编了原有的技术内容，在大规模研究的基础上提出了全新的压力容器建造理念和设计方法。本文将简要介绍目前压力容器技术的 技术进展，同时讨论我国压力容器设计技术领域的发展方向和需要深入研究的课题。 关键词：压力容器 技术 进展 一、 引言 世界已经进入了经济全球化的发展时期，经济全球化的一个必然趋势是标准的国际化。随着国际资本进入中国建设大型工程装置和国内企业扩大生产装置能力，国际化的工程项目给我国的压力容器行业带来了国际上最先进的技术和管理模式，已经不可避免地给我国的压力容器行业提出了国际竞争 ,建造大型和高参数压力容器的机会与挑战。 事实上这些装置的建设需求是压力容器行业发展的动力，是发展我国压力容器行业的最好时机，也是和世界 先进技术和管理方式融合的最好时机。因此研究压力容器建造技术和使用最先进的技术手段，提高国家的整体国际竞争力是目前行业关注的焦点。 压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步，特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展，带动了相关产业的发展，在世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上，压力容器技术领域也取得了相应的进展。为了生产和使用更安全、更具有经济性的压力容器产品，传统 的设计、制造、焊接和检验方法已经和正在不同程度地为新技术、新产品所代替，而冶金、机械加工、焊接和无损检测等压力容器相关行业的技术进步，是压力容器行业整体技术水平提高的前提条件。 技术发展的动力在于经济的竞争。经济全球化和激烈的竞争使得世界各国必须考虑压力容器的安全性和经济性的和谐统一，因此新的设计、建造方法不断出现，对压力容器的技术研究也在不断深入。 当前压力容器技术的发展趋势有如下特点： 1. 针对失效模式的设计方法； 2. 计算机技术的广泛应用； 3. 更经济的设计、制造方法； 4. 体现综合建造技术的技术要求； 5. 更广的标准适 用范围； 6. 谋求在国际贸易中的国家竞争力。 本文重点讨论设计技术的进展，结合我国的现状，提出关于标准技术的研究方向。希望行业内能够充分重视我国在设计技术上与先进国家的差距，提高设计水平，提高全行业的国际竞争力。 二、 压力容器设计技术进展 1 、压力容器用材料的技术进展 近年来压力容器产品大型化、高参数化的趋势日益明显，千吨级的加氢反应器、二千吨级的煤液化反应器、一万立方米的天然气球罐、大直径的长输管线和超超临界动力锅炉等已经在我国大量应用，压力容器在电力、石油化工、核工业、煤化工等领域中的应用场合也日益苛刻。 因此，耐高温、高压和耐腐蚀的压力容器用材料的研制与开发一直是压力容器行业所面临的重大课题。 对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面： 材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性。欧洲和我国的标准 0028、 713、 9189 都提出了更严格的要求； 新材料的不断出现、复合材料的使用： 390定了复合增强材料容器的结构设计制造检验要求。但仅仅是不完整的设计方法，没有包含任意缠绕角度的设计方法。 材料的介质适用性：针对各种腐蚀性介质和操作工况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给设计者以更多选择的空间，为长周期安全生产提供了保证； 材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，规定材料的气体含量、 J 系数、 X 系数，准确地给出材料的应用范围。 更高强度材料的应用：在设备大型化的要求下，传统的材料已经无法解决诸如 3 万立方米天然气球罐、 钢厂的大型球罐、 20 万立方米原油储罐、大口径管线以及超高压容器的选材问题。目前 b 800高强容器材料和 100 的高强管线用材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。 深入研究材料的适用范围，如美国在确定材料低温界限的研究中，利用材料的冲击试验取得的数据和经验，与断裂力学的评价指标关联，最终得到相对合理的材料低温界限。 为了进行计算机数值分析，提出了材料相关性能的数学表达关系，为今后的结构数值分析奠定了基础。 2、设计技术进展 现代的压力容器结构设计正在逐步摆脱传统观念的束缚， 体现真正满足工艺要求的设计理念，追求实效性、安全性和经济性的和谐统一。在信息时代的今天，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的每一个领域。计算机软、硬件的每一个进步都极大地影响着压力容器行业的技术进展。 （ 1） 以失效模式为依据的设计方法： 65283综合世界主要工业国家的技术标准规定，参照欧洲标准的内容，针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在标准中将其归类为三大类、 14 种失效模式，明确了针对失效模式的设计技术应用理念： 短期失效模式（ 脆性断裂（ 韧性断裂（ 超量变形引起的接头泄露（ at to 超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂（ or to 弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）（ or 长期失效模 式（ 蠕变断裂（ 蠕变 at or in of 蠕变失稳（ 冲蚀、腐蚀（ 环境助长开裂如：应力腐蚀开裂、氢致开裂（ 循环失效模式（ 扩展性塑性变形 交替塑性 弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹 周疲劳） or 环境助长疲劳 于压力设备标准，在确定设计准则和方法中至少要考虑如下失效模式： 脆性断裂（ 韧性断裂（ 接头泄露（ at 弹性或塑性失稳（ or 蠕 变断裂（ （ 2） 复杂本构关系和结构 随着计算机能力的飞速发展，压力容器设计技术已经可以解决具有高度复杂本构关系或者复杂结构的工程问题如： 各向异性的材料：复合材料、纤维缠绕容器； 结构组合分析设计：法兰、垫片和螺栓组成的密封结构、多层壳体的接触问题； 复杂结构的曲屈和后屈曲：大型杆、壳组合结构的稳定性分析； 组合结构的动力响应：地震响应、管道振动，流体诱导振动等。 （ 3） 大规模数值分析 传统的计算机辅助设计 （ 已逐步过渡到计算机辅助工程 （ 。随着计算机能力的不断增强和分析手段的日 益多样化，设计者在结构设计阶段就可以预见到诸如焊接过程中所产生的残余应力、设备组装和运输过程中可能会出现的碰撞等问题，并在设计阶段消除这些问题，分析设计和结构优化设计已经逐渐为设计者所掌握。 计算机硬件技术：技术发展方向的大型计算机、多 行计算系统。计算软件全面发展，针对强度、变形、稳定性、多物理场、流体、爆炸模拟仿真、碰撞模拟仿真等应用，出现了一批商业化的工程软件。 现代软件是集功能完整性、技术先进性与易学易用性于一体的高端通用机械分析软件，以结构力学分析为主，涵盖线性、非线性、静力、动力、疲劳、断 裂、复合材料、优化设计、概率设计、热及热结构耦合、压电等机械分析中几乎所有的功能。在特种设备的强度分析方面应用广泛，其中的电磁和声学计算功能可用于特种设备的无损检测方法仿真研究。 （ 4） 多物理场耦合分析 现代压力容器需要精确地解决流体和固体之间的相互作用问题，同时热分析和冲击分析也是不可缺少的技术手段。所以也要解决如下问题： 流固耦合问题：大型容器、移动容器、管道内流动 多相流问题：锅炉燃烧、流化床燃烧和反应 传热和传质问题：板式换热器、塔板效率、分配器效率 冲击载荷：水锤现象、撞击 （ 5） 变设计安全系数的方法 为了增 加本国产品的竞争性，降低安全系数是目前世界各国和地区压力容器标准的普遍倾向，美国（ 和欧洲统一压力容器标准（正在制订中）均降低了相应的安全系数，美国 007 将 n b 由 为 007 n b 由 为 ，欧洲统一压力容器标准的 n b 最小值为 我国新版容规将常规设计的安全系数由 ，按分析设计方法设计的安全系数 n b 由 为 相应的技术标准 将做出调整。传统的降低安全系数的前提条件是： 结构分析设计水平的提高； 制造经验的积累和制造技术水平的提高； 更严格的材料技术要求； 更科学的质量保证体系。 在设计技术和制造水平协调一致的今天，研究成果已经证实，安全系数的降低并不直接影响安全性。标准应该根据实际工况和设计条件的差异、设计计算的精确程度、材料、计算方法、制造质量、检验的综合可靠性，考虑风险工程的能量、后果、人的因素，确定相应的设计裕量。 （ 6） 安全理念所导致的结构变化 现代压力容器的设计不仅要考虑安全和满足工艺要求，还要考虑环保和节约 资源的要求。 突破传统的埋地压力容器 :设计压力低、消防间距小、失效模式主要要考虑土壤腐蚀； 体现环保要求的双层埋地容器，可以实现远距离实时监测； 由于高参数所研发的容器：复合材料、缠绕容器 三、 国际压力容器标准技术发展趋势 国际压力容器标准技术的发展方向有以下特点： 趋同性：信息技术的高速发展，使世界范围内的先进技术迅速普及，围绕压力容器技术发展的技术标准也必然为技术的使用者所接受，因此世界范围内的压力容器技术要求正在向统一的方向发展。特别在设计方法、焊接和无损检测等技术领域，统一要求的趋向明显。国际标准化 组织正在深冷容器和移动容器以及承压设备材料等方面开展工作，区域性的标准互认已经开始。 区域性：由于历史的原因和贸易区域的原因，目前已经形成了以北美国家、以日本为代表的亚洲国家所形成的 系和欧洲的 其协调标准体系的区域性格局。两个体系的竞争日益激烈，目的在于占领国际市场份额。 相容性：尽管世界上的各国的技术标准的技术内容和具体技术指标不完全相同，但各国都把自己的标准与其它国家标准相容作为目标，以实现标准的互相认可和促进贸易的发展。 1999 年进行一个研究项目，对 行彻底分析，并将 设计、建造和行政管理的要求进行系统的比较，证明 准增加一些内容以后就可以满足 要求。法国和美国也在开展采用本国的压力容器标准来满足中国安全基本要求的研究工作。 贸易性：标准是国际贸易规则的组成部分和贸易纠纷仲裁的重要依据，主宰国际标准将有利于获得巨大的市场份额和经济利益实施国际标准化战略的实质是争夺国际市场的控制权。 经济性：技术标准的总体发展方向是降低安全系数、提高生产效率，节约能源和资源，实现产品安全和经济性的和谐统一。重点强调国家产品的国际竞争性。 四、 压力容 器设计技术发展方向 在压力容器设计技术高速发展的今天，我们必须充分认识我国的压力容器设计技术的现状，从标准技术和装备能力、综合环境因素等方面系统分析和客观评价我们的优势和劣势，实现压力容器产品设计技术水平的国际化接轨。因此要重点解决如下问题： 1、 技术法规和技术标准之间的相互协调： 国家的技术法规是国家为保证压力容器产品的安全而设立的强制性法规，在任何其管辖范围内的产品都必须遵守它的安全原则；技术标准应该是推荐性的，规定保证压力容器安全所相应的产品质量技术指标，但标准所规定的技术指标应该符合技术法规的安全原则， 可以指导压力容器的设计、建造、检验和验收，是压力容器产品建造和贸易中的技术评价平台。因此，技术标准与技术法规应该是总体协调的。研究调整技术法规与技术标准之间的协调关系，明确技术法规与技术标准的界定范围。 2、 压力容器材料基本性能研究： 1) 低温冲击性能 研究材料规格、热处理状态、厚度和应力状态对材料低温冲击性能的影响规律，根据中国材料的特点，按断裂力学的准则，提出中国技术标准中允许最低设计金属温度（ 确定方法，建立新的更为合理的低温容器判据。 2) 外压容器厚度计算图 研究压力容器常用材料的应力应变关系，建 立塑性阶段材料切向弹性模量计算方法，给出外压容器厚度计算图。 3) 微试样材料性能测试技术 建立微试样测试中心，研究小冲杆试验、微试样试验和试验过程的可视化技术。为在用压力容器的安全评定和寿命分析提供数据支持。 3、 压力容器设计方法研究 1) 失效模式 研究压力容器典型失效模式、机理和判据，建立基于失效模式的设计准则，保障压力容器的本质安全。 2) 基于失效模式的设计方法 综合考虑热载荷、机械载荷等多种载荷及其组合，针对总体塑性变形失效、渐增塑性变形失效、失稳失效、疲劳失效和静力平衡失效等五种主要失效模式，提出复杂结构压力容器 塑性跨塌载荷的数值计算方法 , 揭示局部失效应变与应力三轴度的关系，引入分安全系数，建立基于失效模式的压力容器设计评价方法。 3) 基于泄漏率的密封结构设计方法 研究大直径高压密封设计方法、密封结构密封有效性的评价方法、基于泄漏率的密封结构设计方法。 4) 全寿命压力容器数字化设计方法 建立压力容器仿真中心，通过结构与材料特性模拟、耦合问题（流体 壤 流体等相互作用）模拟中关键问题的研究，将压力容器设计从过去单纯考虑正常使用情况，延伸到综合考虑建造、生产、使用、维修、废弃在内的全寿命周期，确保压力容器在全 寿命周期内高效、安全地运行，提高承压备创新设计能力和数字化技术水平，减少试验次数，提高压力容器开发速度。 4、压力容器制造关键技术研究 1) 焊接 研究残余应力预测和控制方法，以及缺陷检测、评定和控制方法。 2) 热处理 研究热处理对材料和设备性能的影响规律，通过系统研究残余应力的产生机理、测量方法和消除方法，建立热处理效果的预测、检测和评价方法。 3) 成形工艺研究 研究成形工艺对材料性能和压力容器强度的影响规律，提出成形质量要求和控制指标。 4) 检测方法 重点研究超声和电磁方法。 5、特种材料压力容器研究 1) 复合材料压力容器 研究复合材料性能、复合材料压力容器设计和检验检测方法 2) 特种材料压力容器 研究双相不锈钢、镍基合金、锆、含氮不锈钢等特材压力容器的设计、热处理、焊接、结构优化和质量控制技术。 6、基于失效模式的压力容器检验 1) 高温高压容器复杂流动腐蚀预测、检测方法研究 高温高压容器复杂流动腐蚀机理和预测方法、流动腐蚀实时诊断与监管方法、基于流动腐蚀预测的定期检测方案与方法的优化技术。 2) 材料在高温、高压、多相流、中子辐照等极端服役条件下的材料性能劣化过程与规律、劣化机理、劣化的检测以及寿命预测技术。 7、进一步研究 我国的材料技术指标、设计计算方法、制造检验要求，特别要进行基础性能的积累和对比。争取实现国际上的标准互认。 五、 结束语 技术发展是没有止境的，通过不断的借鉴和吸收国际先进技术，中国的压力容器设计和建造技术现在已经进入了一个高速发展的时期。我衷心地希望业内的专家、学者认真地研究不断出现的新技术，研究成果用于标准化工作，进而全面推进我国压力容器行业的技术进步。 六、 参考文献 1 002 (E) : 14, 2002. 2 2007 , , 2007. 3 D 16528. 4 . 5 固定式压力容器安全技术监察规程