高压容器设计、运用与防腐技术前沿

高压容器设计、运用与防腐技术前沿过控13卓越【摘要】近代以来，化工及石油化工的蓬勃发展使化工容器出现了大型化、高参数（高压、高温、低温）及 选用高强材料的趋向，因而高压容器在设计、运用与防腐管理等方面

高压容器设计、运用与防腐技术前沿 13 过控卓越 【摘要】近代以来，化工及石油化工的蓬勃发展使化工容器出现了大型化、高参数（高压、高温、低温）及 选用高强 材料的趋向，因而高压容器在设计、运用与防腐管理等方面都出现了一系列的新问题，如最优化、 运用前景、腐蚀与 防腐等。这些问题按常规的容器设计与维护思维方法是无法解决的，这些工程问题的出 现大大推动了容器设计与维护 理论的发展。 一、化工容器的设计准则发展 为防止化工容器发生上述各种形式的失效，近代化工容器设计的重要特点就是必须考 虑采用 相应的设计准则。目前在化工容器已被采用的设计准则有如下儿种： 1 .弹性失效设计准则 这是为防止容器总体部位发生屈服变形，因而将总体部位的最大设计应力限制在材料 的屈服 点以下，保证容器的总体部位始终处于弹性状态而不会发生弹性失效。 2 .塑性失效设计准则 容器某处（如厚壁筒的内壁）弹性失效后并不意味着容器失去承载能力。将容器总体部 位进 入整体屈服时的状态或局部区域沿整个壁厚进入全域屈服的状态称为塑性失效状态， 若材料符合 理想塑性假设，此时载荷不需继续增加，其变形会无限制地发展下去，故称此 载荷为极限载荷。 将极限载荷作为设计的依据并加以限制，以防止发生总体塑性变形，称 为极限设计。这种“极限 设计”的准则即为塑性失效设计准则。 3 .爆破失效设计准则 非理想塑性材料在屈服后尚有增强的能力，对于容器（主要是厚壁的）在整体屈服后仍 有继 续增强的承我能力，直到容器达到爆破时的载荷才为最大载荷。若以容器爆破作为失 效状态，以 爆破压力作为设计的依据并加以限制，以防止发生爆破，这就是容器的爆破失 效设计准则。 4 .弹塑性失效设计准则 如果容器的某一局部区域，一部分材料发生了屈服，而其他大部分区域仍为弹性状态, 而弹 性部分乂能约束着塑性区的塑性流动变形，结构处于这种弹塑性状态可以认为并不一 定意味着失 效。只有当容器某一局部弹塑性区域内的塑性区中的应力超过了由“安定性原 理”确定的许用值 时才认为结构丧失了 “安定”而发生了弹塑性失效。因此安定性原理便 是弹塑性失效的设计准 则，亦称为安定性准则。 5 .疲劳失效设计准则 为防止容器发生疲劳失效，只有将容器应力集中部位的最大交变应力的应力幅限制在 由低周 疲劳设计曲线确定的许用应力幅之内时才能保证在规定的循环周次内不发生疲劳失 效，这就是疲劳 失效设计准则。 6 .断裂失效设计准则 由于压力容器中难于避免裂纹，包括制造裂纹和使用中产生或扩展的裂纹（如疲劳裂纹、 应 力腐蚀裂纹等），为防止因严重缺陷而导致发生低应力脆断，可按断裂力学原理来限制缺 陷的尺 寸或对材料提出必须达到的韧性指标，这便是防脆断设计。防脆断设计并不意味着 允许新制造的 容器可以存在裂纹，而是对容器使用若干年后的一种安全性估计。对丁•新制 造的容器，设计时 是假定容器内产生了一个相当大的可以检测到的裂纹，通过断裂力学方 法可以对材料的韧性（主 要是指断裂韧性）提出必须保证达到某一要求以使容器不会发生低 应力脆断。而对于在役的容器 如果检测出裂纹，也可以用断裂力学方法来评价这一裂纹是 否足够安全，这就是压力容器的缺陷 评定。这些都是基于断裂失效设计准则的方法。 7 .蠕变失效设计准则 设计时将高温容器筒体的蠕变变形量（或按蠕变方程计兜出的相应的应力）限制在某• 允许的 范围之内，便可保证高温容器在规定的使用期内不发生蠕变失效，这就是蠕变失效 设计准则。 8 .失稳失效设计准则 外压容器的失稳皱折需按照稳定件理论进行稳定性校核，这就是失稳失效的设计准则。