第一節(jié) 行業(yè) 最新科技應(yīng)用狀況

壓力容器的專用材料對(duì)韌性、塑性、延性有著特殊要求，因此對(duì)鋼材來說，其碳含量應(yīng)不大于0.25%，其硫、磷含量應(yīng)分別不大于0.020%和0.030%，對(duì)屈強(qiáng)比也有一定限制。低合金鋼是含有少量合金元素（如Mn、V、Mo、Nb等）的低碳結(jié)構(gòu)鋼，它不僅價(jià)廉、強(qiáng)度也比同等低碳鋼高得多，而且具有良好的焊接性能和一定的耐蝕性能。我國開發(fā)的這類鋼種較多，在國際市場上也頗有優(yōu)勢，今后還將繼續(xù)冶煉出新品種，特別是能防止低溫脆斷的耐低溫低合金鋼，以供用戶選用。

壓力容器用材還需考慮與介質(zhì)、環(huán)境等的相容性，當(dāng)前令人關(guān)注的是抗氫鋼種，耐腐蝕不銹鋼種，耐深冷低溫鋼種和耐高溫抗氧化鋼種等。由于石油化工裝置中加氫反應(yīng)器的不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)外對(duì)Cr-Mo系抗氫鋼種正在積極開發(fā)。這類鋼種主要能防止氫脆、氫腐蝕、氫剝離等氫致缺陷，又有良好的可焊性和長期的組織穩(wěn)定性。對(duì)這類鋼種的選材是決定加氫反應(yīng)器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。為了滿足不同介質(zhì)的相容性要求，覆有不同材料復(fù)層或堆焊層的復(fù)合型鋼板正在迅速進(jìn)入市場。不過，在選用這類復(fù)合鋼板時(shí)，必須與相應(yīng)的加工工藝規(guī)程、焊接工藝指導(dǎo)書、熱處理要求及檢測試驗(yàn)方法等配套進(jìn)行。

有色金屬制壓力容器（如鋁、鈦、銅、鎳及其合金）正在逐漸增多，尤其是鈦容器因強(qiáng)度質(zhì)量比很高，已被某些產(chǎn)業(yè)廣泛選用。然而，這類壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收只能適當(dāng)參考有關(guān)的鋼制壓力容器，不能全套搬用，必須重視它們各自的特殊性。

值得注意的是新世紀(jì)納米技術(shù)正在試制出輕質(zhì)、高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定的新型材料，甚至能自動(dòng)修復(fù)磨損或裂紋等缺陷的智能材料。所謂納米技術(shù)新材料的特點(diǎn)是先形成超微粒子，在使化學(xué)成分不再改變的前提下，設(shè)法調(diào)整其介質(zhì)常數(shù)、熔點(diǎn)、硬度、韌性等物理力學(xué)性能；或者通過原子操縱配制出符合壓力容器受力特點(diǎn)的非勻質(zhì)功能性梯度材料。選用這類材料進(jìn)行加工成形時(shí)，不再是傳統(tǒng)的"去材法"或"變形法"制造理念（即先按設(shè)計(jì)幾何結(jié)構(gòu)適當(dāng)留出余量，再通過切削磨銑或鍛壓沖延來達(dá)到設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品），而是運(yùn)用“增材法”制造理念，通過分層實(shí)體造形，逐層堆積金屬微粒子，快速制成所需產(chǎn)品，并使產(chǎn)品的材料性能可逐層滿足加載后的強(qiáng)度、剛度和其它要求。這樣既大大節(jié)省了原材料，降低了環(huán)境污染，又可使不同材料層起到不同的特殊功能。例如，壓力容器的接管區(qū)屬復(fù)雜的高應(yīng)力、高應(yīng)變區(qū)，也是裂紋生成、擴(kuò)展以至斷裂失效的不安全區(qū)域，如果其內(nèi)側(cè)又接觸腐蝕、沖蝕或磨蝕性介質(zhì)，則該區(qū)域?qū)Σ牧闲阅艿囊缶蛯⑹挚量?。目前，一般只能采用補(bǔ)強(qiáng)圈或整體補(bǔ)強(qiáng)，并在內(nèi)側(cè)敷以耐蝕耐磨涂層等措施，以適當(dāng)改善該局部區(qū)域的承載狀況。但是，若能運(yùn)用納米技術(shù)配制出新材料，以高強(qiáng)度、高沖擊韌性材料為基體層，然后在接管與筒體連接區(qū)堆積一層高斷裂韌性、抗裂紋擴(kuò)展的材料，并在內(nèi)側(cè)再堆積一層耐蝕耐磨材料，組成所謂非勻質(zhì)梯度“理想材料”，則通過數(shù)字化快速成形技術(shù)就能生成接管區(qū)承壓部件。上述生產(chǎn)制造過程，似乎有些不可思議，但確實(shí)已列入國內(nèi)外材料科學(xué)的R&D計(jì)劃。

第二節(jié) 行業(yè) 科技發(fā)展趨勢

壓力容器是一個(gè)涉及多 行業(yè) 、多學(xué)科的綜合性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護(hù)等眾多 行業(yè) 。隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測等技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在世界各國投入了大量人力物力進(jìn)行深入的 研究 的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更經(jīng)濟(jì)的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、焊接和檢驗(yàn)方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新產(chǎn)品所代替。

1、 壓力容器所用材料的技術(shù)進(jìn)展 

近年來壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢日益明顯，千噸級(jí)的加氫反應(yīng)器、二千噸級(jí)的煤液化反應(yīng)器、一萬立方米的天然氣球罐（日本最大的天然氣球罐為三萬立方米）等已經(jīng)在我國大量應(yīng)用，壓力容器在石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用場合也日益苛刻。因此，耐高溫、高壓和耐腐蝕的壓力容器用材料的研制與開發(fā)一直是壓力容器 行業(yè) 所面臨的重大課題。對(duì)此，各國均投入了大量的人力物力從事相關(guān)的 研究 工作。目前，壓力容器用材料的主要 研究 成果和技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

材料的高純凈度：冶金工業(yè)整體技術(shù)水平和裝備水平的提高，極大地提高了材料的純凈度，提高了壓力容器用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，提高了壓力容器的整體安全性； 

材料的介質(zhì)適用性：針對(duì)各種腐蝕性介質(zhì)和操作工況，已 研究 開發(fā)出超級(jí)不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應(yīng)用條件，給設(shè)計(jì)者以更多選擇的空間，為長周期安全生產(chǎn)提供了保證； 

材料的應(yīng)用界限：針對(duì)高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進(jìn)行的 研究 ，準(zhǔn)確地給出材料的應(yīng)用范圍。 

更高強(qiáng)度材料的應(yīng)用：在設(shè)備大型化的要求下，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無法解決諸如3萬立方米天然氣球罐、鋼廠的大型球罐、20萬立方米原油儲(chǔ)罐以及超高壓容器的選材問題。目前σb≥800MPa 高強(qiáng)材料的應(yīng)用正在引起國內(nèi) 研究 人員的廣泛關(guān)注。

2、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用 

在信息時(shí)代的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)滲透到壓力容器 行業(yè) 的每一個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)軟、硬件的每一個(gè)進(jìn)步都極大地影響著壓力容器 行業(yè) 的技術(shù)進(jìn)展，其主要表現(xiàn)為：

設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）已逐步向計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)的方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)能力的不斷增強(qiáng)和 分析 手段的日益多樣化，設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就可以預(yù)見到諸如焊接過程中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、設(shè)備組裝和運(yùn)輸過程中可能會(huì)出現(xiàn)的碰撞等問題，并在設(shè)計(jì)階段消除這些問題， 分析 設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸為設(shè)計(jì)者所掌握；

制造：計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)技術(shù)正在逐步改變壓力容器制造廠傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)方式，質(zhì)量管理意識(shí)和生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生了深刻的變革。壓力容器全過程的計(jì)算機(jī)管理使得所有控制點(diǎn)均能得到有效的控制，極大地減少了人為失誤，有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本的降低；

焊接：計(jì)算機(jī)控制的仿形焊機(jī)、激光焊機(jī)和全位置自動(dòng)焊機(jī)的應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；

無損檢測：計(jì)算機(jī)射線實(shí)時(shí)成像、超聲掃描模擬成像和多通道聲發(fā)射等技術(shù)的應(yīng)用，再配以專門研制的專家系統(tǒng)，使檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確和客觀。特別是超聲掃描模擬成像缺陷探察技術(shù)（TOFD）已經(jīng)成功地用于核設(shè)備、加氫反應(yīng)器等厚度大于100mm的重型容器。這對(duì)提高重型容器的生產(chǎn)效率和減少射線污染起到了積極的作用。我國在煤液化裝置反應(yīng)器的建造中開始應(yīng)用該技術(shù)解決現(xiàn)場進(jìn)行無損檢測的問題。

3、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

現(xiàn)代的壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正在逐步擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛，體現(xiàn)真正滿足工藝要求的設(shè)計(jì)理念，追求實(shí)效性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一。 

結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)壓力容器的具體結(jié)構(gòu)形式不予限制，因此壓力容器結(jié)構(gòu)所受的制約較少，給設(shè)計(jì)者很大的發(fā)揮空間，有利于設(shè)計(jì)出更加合理的結(jié)構(gòu)。另外， 分析 設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用和驗(yàn)證性試驗(yàn)的實(shí)施為結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)提供了必要的保障。例如模塊化的設(shè)計(jì)方法，它是按照壓力容器上各個(gè)部件功能的不同將完成同一功能的各部件作為一個(gè)小的整體來進(jìn)行 研究 ，像安全防護(hù)裝置部分，罐體部分等，它不僅使得壓力容器的維護(hù)更加簡便，而且能在很大程度上能夠縮短研制周期，加速技術(shù)升級(jí)。

結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)：壓力容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一一直是設(shè)計(jì)者的追求，應(yīng)力 分析 標(biāo)準(zhǔn)就是應(yīng)此要求而出現(xiàn)的。焊接鋼管的使用和特殊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在很大程度上是考慮了壓力容器結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。 

結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計(jì)法為了“保險(xiǎn)”起見，往往將安全系數(shù)的取值偏大，使得所設(shè)計(jì)的壓力容器及零件的結(jié)構(gòu)尺寸偏大，不僅浪費(fèi)材料，而且由于各個(gè)零件的壽命和強(qiáng)度難以保證合理的匹配，結(jié)果造成最終產(chǎn)品1+1<2的情況。而可靠性設(shè)計(jì)中將部分參數(shù)作為隨機(jī)變量來處理，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并建立統(tǒng)計(jì)模型，用概率統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算，能夠全部掃描設(shè)計(jì)對(duì)象，所得結(jié)果更符合世界情況。

4、安全系數(shù)的降低 

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