压力容器结构设计的基本要求

!一重技术“ 压力容器结构设计的基本要求 张维宝!郭学清“ !齐齐哈尔市锅炉压力容器检验所工程师“ 黑龙江“齐齐哈尔“ !#!$%#“&齐齐哈尔市晨昌锅炉制 造有限公司工程师“ 黑龙江“齐齐哈尔“ !#!$% 摘要! 论述压力容器结构设计的重要性$ 关键词! 压力容器# 焊接应力# 结构设计 中图分类号!“#$%&文献标识码!( 收稿日期%“$()!*$!# 修回日期%“$(*!“*!“ 在压力容器的破坏事故中“ 有相当一部分是 由于结构不良引起的$ 因此“ 作为一个压力容器 设计工作者或一个压力容器的安全监察人员“ 不 仅要能够正确地进行压力容器强度设计“ 还要能 够正确地进行压力容器结构设计“ 全面掌握影响 压力容器安全结构因素有哪些“ 哪些结构是合理 而可靠的“ 哪些结构在压力容器中不允许采用$ !“压力容器破坏的原因 造成压力容器破坏基本要素有两个% 一是缺 陷“ 二是应力$ 而这两个基本要素又都和结构有 关$ 据不完全统计我国!+,!-!+,%年就发生上百 起压力容器爆炸事故$ 压力容器发生爆炸事故的 主要原因“ 一是存在较严重的先天性缺陷“ 即设 计结构不合理“ 选材不当“ 强度不足“ 粗制滥 造“ 二是使用管理不善“ 即操作失误“ 超温& 超 压& 超负荷运行“ 失检& 失修& 安全装置失灵$ 这五年的压力容器爆炸分析还表明“ 低压容器 !如蒸汽锅& 消毒锅& 夹套锅& 硫化罐等 的爆 炸事故占(#&,.“ 其中属设计不合理& 粗制滥造 的占(/&!.“ 操作失误和超负荷运行的占/,&/.“ 失检& 失修占!#&+.“ 其它占!&0.$ 由此看出“ 压力容器结构设计的重要性$ “压力容器结构设计的要求 对压力容器结构设计的第一个要求“ 就是方 便制造$ 因为只有制造过程简单易行“ 才有利于 保证容器的质量“ 避免或减少制造过程中可能产 生的缺陷$ 压力容器结构设计的第二项要求是方便无损 检查$ 因为只有这样才能及时而准确地发现在制 造和使用过程中产生的各种缺陷“ 并及时返修或 采取其它措施“ 做到防患于未然$ 我们知道“ 容器的各种失效往往和应力水平 的高低密切相关$ 而压力容器及其零部件的应力 大小“ 又在很大程度上取决于它的结构形式$ 因 此“ 压力容器结构设计的第三项要求是尽量减少 局部附加应力和应力集中$ 由于结构问题造成压力容器破坏事故“ 多数 是由于结构不合理产生的破坏“ 而大多发生在焊 缝本身或焊缝附近区域“ 即破坏往往和焊缝密切 相关$ 究其原因“ 这是由于焊缝本身的受力特点 和质量情况决定的$ /“焊接应力的影响 由于焊接过程中焊接应力的存在“ 对容器的 强度和安全性产生十分不利的影响“ 这可以从下 述几个方面加以分析$ 首先是造成了焊接部位的局部塑性变形$ 我 们知道钢材都有一定的塑性“ 当焊接过程中产生 的焊接应力超过材料的屈服极限时“ 材料就要发 生塑性变形$ 既然焊接应力这一内应力是局部 的“ 因而产生塑性变形也是局部的“ 其结果是沿 %#$ !“!年第“期!总#$%期“ 着焊缝发生弯曲! 扭歪或挠曲“ 一局部突变# 在 内压作用下# 又会发生附加弯曲应力# 造成局部 应力集中# 这自然是对容器的强度和安全性极为 不利的“ 其次是易产生焊接裂纹# 众所周知# 钢材的 强度不管有多高# 总有一个极限# 当应力超过材 料的强度极限时# 材料就会断裂“ 因此# 若构件 中某一区域的焊接应力超过材料的强度极限时# 就会在该处产生裂纹“ 焊接裂纹的产生是一个十 分复杂的过程# 往往是由种种不同因素多方面作 用的结果# 但应力的存在总是其基本原因之一“ 此外# 在焊接过程中还往往会产生其它内部缺 陷# 如夹渣! 气孔! 未焊透等等“ 这些内部缺 陷# 尤其是裂纹存在# 将对焊接的安全产生不良 影响“ 第三# 在焊缝附近的开孔! 接管或两个不同 形状部件的连接处# 这些部位峰值应力和许用应 力就会和焊缝处的焊接应力相迭加# 造成更为不 利的应力状态# 成为导致容器失效根源“ 为了尽量消除焊接应力和防止各种焊接缺陷 的产生# 可以在焊前! 焊后和焊接过程中# 采取 各方面的技术措施# 如焊前预热! 焊后缓冷! 焊 后消除应力热处理及选择合适的焊接规范等“ 采 用上述这些措施# 虽然可以改善焊缝质量# 但在 构件中总还程度不等地残存着焊接应力和焊接变 形# 不可能完全消除焊缝中各类缺陷“ 在消除焊 接应力过程中# 如果措施采用不当# 也还会引起 新的问题# 因此# 焊缝依然是压力容器的薄弱环 节之一“ 对于焊缝这一薄弱环节# 不仅要从焊接材 料! 焊接办法! 焊接工艺等方面采取措施# 尽量 改善焊缝的质量# 同时# 也要从结构设计入手# 研究什么样焊接结构是合理的# 不同焊接结构的 适用范围以及焊接结构问题和其它结构问题的相 互影响“ !结!语 压力容器结构设计是否合理# 直接关系到压 力容器能否产生破坏“ 从事压力容器设计的工作 者必须全面认识和掌握压力容器结构设计的重要 性及合理性# 避免事故的发生保证压力容器的安 全运行“ 核压力容器中含镍材料对辐射防护的影响 胡晓琦“!辛!宇# $“中国人民解放军海军驻齐齐哈尔地区军事代表室助理工程师# 黑龙江富拉尔基“$%&!%(中 国人民解放军驻齐齐哈尔地区军事代表室工程师# 黑龙江富拉尔基“$“&!) 摘要! 阐述了含镍材料在核设备中的应用以及这些材料的大量应用对辐射防护所带来的不利影响“ 关键词! 压力容器%镍元素%辐射防护 中图分类号!“#$%&%文献标识码!( 收稿日期&#&!*%#*%+% 修回日期&#&,*&*&! 随着核工业的发展# 核设备的结构和材料都 发生了翻天覆地的变化“ 结构的设计更具合理性 和安全性# 材料方面更是从无到有# 一些新材料 的应用解决了很多最初无法解决的难题#