压力容器的发展趋势

压力容器的发展趋势一、序言压力容器基本上在压力状态下工作，处理的介质大部分是高温或易燃易爆性，危险性很高，因此世界各国将压力容器作为特殊设备义务管理。压力容器的类型和功能因应用领域而异，其整体设计、制造和使用过程包括冶金、结构设计、加工、焊接、热处理、无损检测、自动化等专业技术类别。因此压力容器的技术发展是基于各专业技术的综合发展。二、压力容器本体的发展方向：随着国际经济、技术贸易交流的日益加强，压力容器设计、制造和使用管理的成熟，国内外压力容器的开发逐步指明了以下方向：1、普及和标准化：压力容器一般化和标准化已成为不可逆转的趋势之一。通用化和标准化也意味着互换性的提高，因此，它不仅有助于压力容器使用单位的日常维护和物流支持，还可以最大限度地减少设计和制造成本。对像我们这样的出口大国，标准化意味着还确保了去国际的出入证。从全球压力容器出口大国的实际分析可以看出，国际化的工程公司将带动本国压力容器产业的发展和标准的国际化批准，从而获得更大的国际发言权和丰富的经济利益。2、专业化和专业化：普遍化和标准化有很多优点，但这些压力容器应仅在某些一般情况下使用，在有特殊要求的工作环境中应使用具有特殊功能的压力容器。核反应容器、水晶加工容器、火箭燃料罐等必须具有很强的耐蚀性、高压、耐高温性。压力容器在专业化和专业化的方向上不断发展和发展，正是这种特殊要求。(1)超高压容器：指工作压力大于或等于100MP的容器，已经广泛用于乙烯的聚合、人工授精的制造等。(。但是，制造费用高，安全性不理想的问题仍然存在。现在随着新材料的出现和冶金行业的发展，超高压容器的耐压能力和强度极限也将逐渐提高，从而促进超高压容器的发展。(2)高温压力容器：称为高温，通常表示壁温度超过容器材料的蠕变起始温度(对于普通钢，约为350)。火电厂的锅炉鼓、煤转化反应器、部分反应堆类型(高温气体冷却反应堆及增殖反应堆)核电站的反应堆压力容器等都是高温压力容器。高温压力容器可以根据材料的蠕变引起形状和大小的缓慢变化。材料在高温的长期持续力短时的抗拉强度要低得多。因此，材料选择的主要依据是高温耐久性强度和耐腐蚀性。高温压力容器的应力分析比较复杂，理论解相当困难。现代实践表明，使用有限元法是实用的。承受交流负载的容器(例如重复加速和压力降)还必须考虑疲劳(请参阅设计疲劳强度)和蠕变交互。(3)耐蚀压力容器：压力容器经常与酸、碱、盐等腐蚀性介质接触，腐蚀不仅会导致材料消耗，还会导致设备损坏、原料和产品损失、环境污染、中毒、火灾、爆炸等恶性事故。运输硫酸盐酸罐不仅要耐腐蚀性强，而且对安全性要求严格，不能用一般的压力容器满足。(4)低温压力容器：在液氧、液氮和其他介质的制造、存储和低温超导体的制造过程中，通常在-100 或更低的操作温度下，材料的晶体结构发生了变化，材料的强度和塑性大大减少，给安全操作带来了隐患。这些压力容器必须注意材料的选择。(5)除此之外，还有集装箱的大型化和小型化等特殊应用案例。三、压力容器专业技术发展方向：压力容器是涵盖冶金、加工、腐蚀和防腐、无损检测、安全保护等多个行业的综合产品。随着冶金、加工、焊接、无损检测等技术的持续发展，特别是以计算机技术为代表的信息技术的迅速发展，带动了相关产业的发展，在世界各国投入大量人力和物力进行深入研究的基础上，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、更经济的压力容器产品，现有的设计、制造、焊接和检查方法已被新技术、新产品在一定程度上取代。1、压力容器中使用的材料的技术进展近年来，压力容器产品的大规模、高参数化趋势越来越明显，千吨加氢反应器、2，000吨煤液化反应器、1万立方米天然气球罐(日本最大的天然气球罐3万立方米)等已在我国得到广泛应用，压力容器在石化、核工业、煤化工等领域的应用也越来越棘手因此，高温、高压和耐蚀压力容器用材料的开发和开发一直是压力容器行业的一大课题。对此，各国投入大量人力和物力从事相关研究工作。目前压力容器用材料的主要研究结果和技术发展表现在以下几个方面：材料的高纯度：冶金行业整体技术水平和设备水平的提高大大提高了材料的纯度，提高了压力容器材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性。材料的介质适合性：对各种腐蚀性介质和工作条件进行超不锈钢、双相钢、特殊合金和其他金属材料的开发，确保设计师选择更多的空间，以适应各种应用条件。材料的应用限制：为对高温蠕变、回火脆性、低温脆性破坏的研究提供了准确的材料应用范围。应用更高强度的材料：3万立方米的气体球罐、钢铁厂的大型球罐、20万立方米的原油罐和超高压容器的材料选择问题等传统材料已不能解决大型设备要求。目前b800MPa高强度材料的应用引起了国内研究者的广泛关注。2、计算机技术的广泛应用在信息时代，计算机技术应用已经渗透到压力容器行业的各个领域。计算机软件和硬件的所有发展对压力容器行业的技术发展有很大影响，主要表现为：设计：传统计算机辅助设计(CAD)逐渐发展为计算机辅助工程(CAE)。随着计算机能力的提高和分析手段的多样化，设计者可以在结构设计阶段预见焊接过程中可能发生的残余应力、设备装配和运输过程中可能发生的碰撞等问题，并逐步向设计者了解设计和结构优化设计。制造：计算机辅助制造(CAM)技术正在逐渐改变压力容器制造工厂传统的工艺生产方式，质量管理意识和生产方式发生了巨大的变化。通过对压力容器整个过程的计算机管理，可以有效地控制所有控制点，大大减少了人为失误，有效地保证了产品质量的稳定性，降低了生产周期和生产成本。焊接：应用计算机控制的仿焊机、激光焊机和全位置自动焊机，大大提高了工作效率和产品质量。无损检测：将计算机射线实时成像、超声波扫描模拟成像和多声道声发射等技术的应用与专门开发的专家系统相结合，使检测结果更准确、更客观。特别是超声波扫描模拟图像缺陷检测技术(TOFD)已成功用于核设备、加氢反应器等厚度超过100mm的大型容器。这对提高重型机械的生产效率，减少射线污染起到了积极作用。我国开始将该技术应用于煤液化石油气反应堆建设中，解决了现场的无损检测问题。3、结构设计现代压力容器结构设计逐渐摆脱传统概念的束缚，反映了实际满足工程要求的设计理念，追求实效、安全性、经济性的和谐统一。结构合理设计：标准中压力容器的特定结构形式不受限制，因此压力容器结构较少，给设计者更多空间，有助于设计更合理的结构。此外，分析设计手段的使用和验证测试的执行为结构的合理设计提供了必要的保障。例如，根据压力容器的零件功能，以小单元形式检查执行相同功能的零件的模块化设计方法，即安全装置部分、水箱部分等，不仅简化了压力容器的维护，还大大缩短了开发周期，加快了技术升级速度。结构的经济设计：压力容器的安全与经济的和谐统一一直是设计者的追求，应力分析标准正是根据这个要求产生的。焊接钢管的使用及特殊结构的应用大部分是考虑了压力容器结构的经济性。结构的可靠性设计：传统的安全系数设计方法为“保险”而设计的安全系数值过大，使得设计的压力容器和零件的结构尺寸过大，不仅浪费了材料，而且难以保证各个零件的寿命和强度合理匹配，因此最终成为最终产品1 12。在可靠性设计中，将一些参数当作随机变量进行统计建模，用概率统计计算，可以扫描所有设计对象，结果更符合世界情况。4、降低安全系数为了提高本国产品的竞争力，降低安全系数是当前世界各国及地区压力容器标准的普遍倾向，我国也提出了用分析设计方法设计特定材料的安全系数nb降低到2.4的建议。安全系数的降低与压力容器标准的基础有关，对压力容器产业的经济性和安全性有着极大的影响，因此要慎重。降低安全系数的先决条件是提高结构分析设计水平。积累制造经验和提高制造技术水平更严格的材料和技术要求；更科学的质量保证体系。四、压力容器产业的发展趋势：进入经济全球化发展时期的经济全球化的一个必然趋势是标准国际化。美国和欧洲等主要经济主体将标准竞争的主导权作为市场竞争的主要目标，投入大量人力和物力，为标准技术呈现新内容。1、行业标准国际化：标准国际化确保标准技术内容与国际标准兼容，不只是复制国际标准的所有内容。要对国际标准进行系统的分析研究，遵守基本要求的国际标准，强调自己在特殊问题上的固有技能和管理方式，最终实现标准房间相互承认的最终阶段。融合：随着信息技术的快速发展，世界范围内的高新技术迅速普及，围绕技术开发的技术标准也必然被技术用户接受，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。兼容性：世界各国的技术标准内容不相同，但各国通过使标准与其他标准兼容，将目标放在标准相互承认上。日本技术标准(ASME)在1999年进行了全面分析欧洲技术标准(PED)的研究项目，并系统地比较了PED的ESR和VIII-1的设计、构建和行政要求，证明了添加一些ASME标准可以满足PED的要求。贸易性：标准是国际贸易规则的组成部分和贸易争端仲裁的重要依据，支配国际标准将有助于取得巨大的市场份额和经济利益，国际标准化战略的实质是争夺国际市场的控制权。2、技术法规和技术标准之间的相互协调：国家的技术规定是为了确保压力容器产品的安全，国家设定的义务规定，该管辖范围内的所有产品都必须遵守安全原则。技术标准是推荐的，并规定了与压力容器安全保证相对应的产品质量技术指标。但是，标准中规定的技术指标必须符合可以指导压力容器设计、建设、检查和验收的技术规定的安全原则，是压力容器产品建设和贸易中的技术评价平台。因此，技术标准和技术法规需要整体调整，但在作用和其他方面存在差异。原则和工程：技术法规规定了产品最基本的安全要求。标准除了满足这些基本要求外，还规定了工程中满足基本安全要求的具体方法和适宜性指标。技术法规的数量很少，但管辖权的范围很大。随附的调整标准包括一系列技术标准内容，例如材料、设计计算方法、成型、熔接、无损检查、压力测试等。稳定性和及时性：国家的技术法规是国家行政法规的一部分，其内容的相对稳定性有利于产业的安全管理。调整标准是实现产品安全质量的技术规则，必须与时俱进，随时反映行业综合能力及其技术的发展。因此，要研究技术规定和技术标准之间的协调关系，明确技术规定和技术标准的定义范围，引起国家相关机关的充分关注。3、产业市场化和生产专业化；竞争必然导致生产模式的变化，主导核心企业，大企业合作发展，形成分层竞争的产业组织结构。市场匹配及专业化生产是未来压力容器产业的主要格局和发展方向。加强标准化工作有助于实现专业化协作。强调市场一致和专业化生产的这种产业组织结构，必须以技术高度统一为前提。标准化是准确实现技术统一的基础，因此标准是专业化协作的桥梁和纽带。摘要：压力容器主体、专业技术和产业的发展是相互作用和相互促进的。材料、冶金、加工技术、试验等技术在实际发展的基础上，不仅可以提高压力容器的安全性，而且随着压力容器性能的提高，将促进行业标准的提高，进而促进压力容器的专业技术和主体的持续发展。合理处理这三者之间的相互关系将使压力容器行业进入健康有序的发展轨道。复合压力容器的开发始于20世纪60年代，在空间系统中，首先使用玻璃纤维和凯夫拉-49纤维缠绕的金属内衬压力容器，而不是传统的全金属压力容器。20世纪80年代中期，随着高强度碳纤维的普遍使用和普及，可以生产轻便、高强度、高可靠性的高压容器，目前对航空航天系统各种飞机和宇宙飞船的复合压力容器需求非常普遍。特别是航天飞机和发射体系统需要很多压力容器来维持各系统的正常运行。包括推进系统、流体管理系统、生命保障系统、科学实验系统在内的美国NASA航天飞机，工作压力为1.06-50mpa，容积为5-600l，长度为470-5776mm，直径为146-1336mm，储存的气体为氢、氧航空航天系统中目前使用的复合压力容器大部分由金属内衬、树脂基体增强纤维缠绕层的双层结构组成。内衬材料大多数选择金属，如