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压力容器技术进展 北京化工大学 机械工程学院 CAE中心 徐鸿 2006-5-12 1.引言 压力容器技术是从上个世纪初叶开始发展的一门应用技术。这门技术的主要目标是处理好压力容器中安全与经济这对矛盾。经过上个世纪的发展，现代压力容器技术已成为一门涉及设计、材料、制造、检验、使用和管理等多种技术领域的综合技术。 压力容器技术的发展主要取决于两方面的因素: （1） 经济发展对能源和人造 （合成） 新材料的需要; （2） 相关科学技术的发展与进步。不是仅仅取决于单项相关科学技术的发展，而是取决于多项相关科学技术的集成，也就是说，只有各相关科学技术的协调发展才能有效地促进压力容器技术的进步。 2.压力容器的设计与安全分析 计算机技术介入压力容器的设计与安全分析，使压力容器的设计与分析发生了革命性的变化。 2.1 常规设计效率大大提高 （1）按常规设计规范的压力容器设计计算已有计算机软件可用，软件带有丰富的数据库，并有自动纠错功能，还可将结果直接打印成完整的设计计算书； （2）铅笔-图版-丁字尺的制图方式已被CAD技术所淘汰，CAD软件带有丰富的图形库和数据库，设计制图的效率与质量都有极大的提高。 2.2 设计的一大进展还体现在安全系数的降低上：美国 nb 由4.0降至3.5；欧洲 nb,min = 1.875；我国正在研究将 nb 降至2.6。安全系数的降低反映了下列多方面的技术进展：结构分析水平的提高；制造技术的提高；更严格的材料技术要求；更科学的质保体系等。 2.3 分析设计能更理性地处理安全与经济这对矛盾 （1）计算机和有限元分析法的发展使基于应力分析的压力容器分析设计成为可能。比常规设计法更为理性化的分析设计法对压力容器的安全与经济这对矛盾处理得更好，可在保证容器更安全（例如，可预测容器在多种工况下的性能，使得在设计阶段就可消除将来可能发生的许多问题；可预防塑性铰失稳、塑性疲劳、棘轮效应和疲劳断裂等失效的出现）的条件下达到壁厚更薄、重量更轻、成本更低的目的；还可进行结构优化分析，使容器结构更为合理。 （2）发展了和正在发展多种压力容器及其零部件的安全分析技术：如，静密封结构的紧密性（泄漏率）分析；容器的低周疲劳分析；蠕变分析；缺陷评定（残余寿命预测）；事故分析；压力容器可靠性分析和风险分析；膨涨节分析；换热器管板分析；换热器管束流体诱导振动分析，等等。 3.压力容器用材 3.1 压力容器对材料要求很高：高强度，高韧性；高温强度；低温韧性；耐腐蚀性；良好的工艺性能（主要是可焊性）等。这是促进压力容器用材不断发展的基本动力。 3.2 冶金科学技术的进步，如炉外精炼、真空处理、连续铸锭、控轧工艺、微合金化等技术，使压力容器用钢的性能得到了显著提高。主要是大大提高了钢的洁净度，降低杂质和气泡含量；精确控制合金元素成分与钢的组织结构，可得到质量良好的压力容器用钢。 3.3 材料的介质适用性研究针对介质和工况开发出适用的材料；针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断的研究准确给出了各种钢材的应用范围，大大提高了设计时选材的可靠性。 3.4 新型压力容器用材开始部分代替传统的压力容器用钢：有色金属材料；非金属材料；复合材料。 4.压力容器制造技术 大多数压力容器制造的特点主要是单件小批生产。容器制造技术的进展体现在焊接、热处理、压力加工和机械加工等各个方面。容器制造技术进展的结果是劳动生产率大幅度提高、质量提高、劳动强度降低、劳动环境改善、产品范围扩大。 4.1 焊接技术的进展对压力容器制造技术促进最大。 （1）针对容器制造发展了多种焊接设备，如全位置自动化电焊机、智能灵巧型焊接系统和专用焊接设备。 （2）针对各种压力容器用钢研究出了它们的整套的具体焊接工艺条件，如焊前预热条件、焊接电流电压电极等工艺参数、焊后热处理条件等。 （3）针对各种压力容器用钢研究出了相应的焊接材料。 （4）发展了超薄超厚钢板焊接和超窄焊缝的焊接技术。 4.2 其它压力容器的重要制造技术进展举例 (1)旋压法制造容器封头技术 (2)液压胀管技术 (3)大型容器或设备现场焊后热处理技术 4.3 压力容器的专业化社会化生产 压力容器的专业化主要是指容器中已标准化的零部件由专业化的厂家生产, 压力容器生产厂家购进后再装配成非标准的压力容器. 压力容器标准化零部件的专业化社会化生产一方面可以克服“大而全”、“小而全”、设备利用率低、机构臃肿、生产成本高等缺点；另一方面可以保证或提高标准化零部件的生产质量。因而是发展方向。 5. 无损检测技术 5.1 无损检测技术是保证压力容器可靠性的关键技术 压力容器用原材料质量检验、制造过程中焊缝的质量检验、使用过程中缺陷的状态监测都要用到无损检测技术。已经发展了许多种无损检测