壓力容器的結(jié)構(gòu)分析與安全評(píng)估分析

撰文/葉曄

■225009 江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院 江蘇 揚(yáng)州

?

壓力容器的結(jié)構(gòu)分析與安全評(píng)估分析

撰文/葉曄

■225009 江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院 江蘇 揚(yáng)州

在科技日益發(fā)展的今天，我國(guó)工業(yè)發(fā)展速度不斷提升，為此，壓力容器的使用范圍也越來(lái)越廣。壓力容器是多個(gè)工業(yè)行業(yè)中的重要設(shè)備，為此，對(duì)壓力容器設(shè)備的安全評(píng)估與結(jié)構(gòu)分析等十分重要。本文主要針對(duì)壓力容器的結(jié)構(gòu)分析與安全評(píng)估展開分析，對(duì)國(guó)內(nèi)外在壓力容器方面的使用現(xiàn)狀展開了分析，旨在確保工業(yè)生產(chǎn)中，壓力容器的應(yīng)用更為有效。結(jié)構(gòu)分析；壓力容器；安全評(píng)估

當(dāng)前，壓力容器已經(jīng)被各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。壓力容器是內(nèi)部或者外部承受氣體或者液體壓力，對(duì)安全性也提出了較高的要求，同時(shí)在密封容器或管道方面的安全性要求也不斷提升。在早期，壓力容器主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)當(dāng)中，其壓力一般低于10MPa。到目前為止，壓力容器已經(jīng)成為化工、石油工業(yè)以及冶金等各個(gè)方面的行業(yè)重要設(shè)備之一，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也帶來(lái)了重要的影響。

壓力容器國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科學(xué)家已經(jīng)對(duì)各種金屬構(gòu)件在腐蝕環(huán)境下的斷裂失效問(wèn)題展開了多方面的研究，并取得了一定的成效。在20世紀(jì)30-40年代的時(shí)候，國(guó)際上就已經(jīng)對(duì)概率安全評(píng)估問(wèn)題展開了相應(yīng)的研究，模型建立中對(duì)參數(shù)的實(shí)際離散性進(jìn)行了考慮。而我國(guó)在1980年代后期對(duì)這方面展開了研究，并取得了一定的效果。

當(dāng)前，世界上已有近十部壓力容器缺陷評(píng)定規(guī)范或者指導(dǎo)性文件。在壓力容器缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)方面，裂紋尖端位移量（COD）設(shè)計(jì)曲線占據(jù)著統(tǒng)治地位［1］，可實(shí)際上，COD法自身存在著一定的缺點(diǎn)，同時(shí)定義不夠嚴(yán)格，缺少力學(xué)的解釋，各國(guó)在應(yīng)變測(cè)量過(guò)程中，所得到的標(biāo)距也缺少一致性，同一斷裂試驗(yàn)所得到的COD設(shè)計(jì)曲線差別極大。

一般而言，壓力容器在使用過(guò)程中需要定期的檢維修周期，而檢維修周期主要根據(jù)預(yù)測(cè)壽命確定下來(lái)，而壓力容器與管道等特種設(shè)備，檢驗(yàn)計(jì)劃主要依據(jù)法律法規(guī)確定下來(lái)。可是該種按照事先規(guī)定的檢驗(yàn)周期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)的情況，簡(jiǎn)單的壽命預(yù)測(cè)無(wú)法完全的保障壓力容器的使用安全。

通過(guò)研究表明，我國(guó)石化企業(yè)里面的壓力容器一般都存在超期服役的現(xiàn)象，常常出現(xiàn)均勻腐蝕和局部沖刷腐蝕的現(xiàn)象，同時(shí)凹坑和局部減薄問(wèn)題也很多，這種問(wèn)題屬于體積性缺陷問(wèn)題，主要失效模式由塑性極限載荷控制。

壓力容器檢查方法與安全研究方法分析

①壓力容器檢查方法分析

在檢查壓力容器的過(guò)程中，檢查的主要內(nèi)容主要有：壓力容器外表面有無(wú)裂紋、變形、泄露以及局部過(guò)熱等不正常現(xiàn)象；除此之外，對(duì)于安全附件的靈敏度、是否齊全以及可靠性進(jìn)行檢查；同時(shí)，要對(duì)緊固螺栓是否完好、是否全部旋緊進(jìn)行檢查；查看基礎(chǔ)是否存在著下沉、傾斜于防腐層有無(wú)損壞等異常現(xiàn)象進(jìn)行檢查。在對(duì)外部檢查中，既是檢查人員的工作所在，同時(shí)也是操作人員需要日常巡回檢查的重要項(xiàng)目。如果在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在著安全現(xiàn)象，例如出現(xiàn)受壓元件產(chǎn)生裂紋、變形與嚴(yán)重泄?jié)B等問(wèn)題，需要應(yīng)予停車，并且要及時(shí)的向相關(guān)工作人員報(bào)告，以確保能夠及時(shí)的解決出現(xiàn)的安全問(wèn)題［2］。只有在壓力容器內(nèi)外部檢驗(yàn)后，停車與容器內(nèi)部一定要清洗干凈后才能夠進(jìn)行使用。另外，檢驗(yàn)不僅需要對(duì)外部的全部?jī)?nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)還需要對(duì)內(nèi)外表明的腐蝕與磨損情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

②壓力容器的安全研究方法分析

壓力容器的安全研究方法主要包括以下幾個(gè)方面，即：

第一，數(shù)值計(jì)算法，該方法主要應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算［3］，一般應(yīng)用在科學(xué)研究方面，但是在工程上的應(yīng)用還有一定的局限性存在，為此，在應(yīng)用該方法的過(guò)程中需要給予高度重視。

第二，斷裂力學(xué)理論的評(píng)定方法，該評(píng)定方法主要依據(jù)彈性斷裂力學(xué)或者是塑性斷裂力學(xué)展開分析的一種方法，主要定量的分析與描述含缺陷容器的裂紋起裂與塑性破壞失效，其方法一般較多，例如GE/EPRI法、PAROS/TADA法以及LBBNRC法，該類方法要簡(jiǎn)單數(shù)值計(jì)算方法。為此，應(yīng)用較為廣泛。

第三，工程評(píng)定方法，該方法主要從簡(jiǎn)單的材料力學(xué)與塑性力學(xué)的角度出發(fā)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)在工程計(jì)算容器極限承載能力方面廣泛應(yīng)用［4］，并且通過(guò)不斷的研究與分析，得出更為簡(jiǎn)便的公式。該種評(píng)定方法對(duì)脆性斷裂失效、塑性失穩(wěn)失效等展開了充分的考慮，與此同時(shí)，對(duì)彈塑性裂紋也進(jìn)行了一定的考慮。

總結(jié)

本文主要著手于兩個(gè)方面，一方面分析了壓力容器國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀，另一方面分析了壓力容器檢查方法與安全研究方法。通過(guò)分析明確，當(dāng)前伴隨我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)工業(yè)也不斷發(fā)展，為此，壓力容器得到了廣泛的應(yīng)用。但是，壓力容器在使用過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題，因此對(duì)壓力容器結(jié)構(gòu)分析與安全評(píng)估分析極為重要。壓力容器的檢查方法較多，在選擇檢查方法的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)壓力容器的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行選擇，從而為壓力容器更好的使用創(chuàng)造良好的條件。

參考：

［1］趙在理.壓力容器的結(jié)構(gòu)分析與安全評(píng)估研究［D］.武漢理工大學(xué)，2006，（12）：30-45.

［2］王巍，王海濤，申世飛等.壓力容器開孔結(jié)構(gòu)分析的快速多極邊界元研究［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，47（3）：401-403.

［3］高永建，賀寅彪，曹明等.反應(yīng)堆壓力容器堆芯支承塊及附近下封頭應(yīng)力分析和評(píng)定［J］.核技術(shù)，2013，36（4）：306-312.

［4］蔡慈平.淺談壓力容器的疲勞分析設(shè)計(jì)［J］.化工裝備技術(shù)，2008，29（4）：1-8.

作者簡(jiǎn)介：

葉曄（1987-），男，江蘇省揚(yáng)州市人，民族：漢，職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科。