淺談有色金屬材料在壓力容器：設(shè)計中的影響與應(yīng)用

劉尚飛

摘要：壓力容器作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中較為常用的一類設(shè)備，在現(xiàn)階段保證工業(yè)生產(chǎn)高效進(jìn)行方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)對于壓力容器設(shè)備的要求也越來越高，不僅如此，越來越多的金屬材料被應(yīng)用到壓力容器設(shè)備加工過程?；诖?，本文重點(diǎn)就有色金屬材料在壓力容器設(shè)備加工中的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：壓力容器;有色金屬材料;應(yīng)用

中圖分類號：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）06-0157-02

對于壓力容器而言，其所處的環(huán)境多為高溫或者高壓環(huán)境，生產(chǎn)環(huán)境相對惡劣，因此，在其實(shí)際的應(yīng)用過程中，其發(fā)生安全事故的可能性也相對較大。導(dǎo)致壓力容器安全事故發(fā)生的因素有很多，其中較為重要的就是設(shè)計、制造缺陷和使用操作不當(dāng)。隨著現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)對于安全性要求的提升，在現(xiàn)階段在壓力容器設(shè)計過程中，很多生產(chǎn)廠家會將有色金屬應(yīng)用到壓力容器當(dāng)中，然后以此來保證壓力容器的質(zhì)量。但就現(xiàn)階段有色金屬材料在壓力容器加工過程中的制造，卻依然有待改進(jìn)。

1 壓力容器設(shè)備概述

1.1 壓力容器設(shè)備含義

所謂的壓力容器設(shè)備，泛指密封性較為良好且能承受一定壓力的容器設(shè)備（如圖1）。在現(xiàn)階段的工業(yè)領(lǐng)域，比如化工行業(yè)、能源行業(yè)、科研機(jī)構(gòu)以及軍工行業(yè)等等，其相關(guān)生產(chǎn)都會應(yīng)用到壓力容器設(shè)備中。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)按照耐壓指數(shù)將壓力容器設(shè)備分為四類，即超高壓壓力容器設(shè)備、一般高壓壓力容器設(shè)備、中壓壓力容器設(shè)備以及低壓壓力容器設(shè)備。其中超壓壓力容器設(shè)備指的就是耐壓極限為100MPa，一般高壓壓力容器設(shè)備耐壓水平為10-100MPa，中壓壓力容器設(shè)備耐壓水平為1.6-10MPa，低壓壓力容器設(shè)備耐壓水平為0.1～1.6MPa[1]。對于壓力容器設(shè)備而言，其主要的材料為金屬材料，并且隨著壓力容器生產(chǎn)技術(shù)的日益成熟，越來越多其他的材料被應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，其中就包括有色金屬材料。

1.2 壓力容器設(shè)計與制造概述

在壓力容器設(shè)備生產(chǎn)及應(yīng)用過程中，設(shè)計與制造是兩個非常重要的環(huán)節(jié)。通常來講，壓力容器設(shè)計與制造往往會涉及多個學(xué)科和多個行業(yè)，比如，在壓力容器設(shè)計過程中，涉及機(jī)械設(shè)計、工程制造、力學(xué)、焊接等多個學(xué)科，在其制造過程中，其所涉及的內(nèi)容就更多了，比如機(jī)械加工、無損檢測、冶金、防腐蝕等等。在實(shí)際的壓力容器制造過程中，其主要的制造工序?yàn)椋涸牧向?yàn)收、劃線、切割、除銹、機(jī)械加工、滾制、組對、焊接、無損檢測、開孔劃線、總檢、熱處理、壓力試驗(yàn)、防腐等等[2]，其中焊接工藝是壓力容器制造過程中較為重要的一個施工工藝，在其實(shí)際的應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)具體的焊接方法選擇合適的焊接工藝。

2 壓力容器設(shè)計的制造要求

對于壓力容器設(shè)備而言，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，其大多處于高溫高壓狀態(tài)下，不僅如此，在一些化工企業(yè)，壓力容器設(shè)備還被應(yīng)用于存放強(qiáng)腐蝕性液體或者氣體，因此，在對其進(jìn)行設(shè)計制造時，應(yīng)保證其符合以下相關(guān)要求。

首先應(yīng)保證壓力容器設(shè)備使用的安全性及可靠性，簡單來說，在進(jìn)行壓力容器設(shè)備設(shè)計過程中，應(yīng)對其相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行把握，并以此來保證其在高溫、高壓環(huán)境下不會發(fā)生爆炸或者泄露，同時，還應(yīng)保證壓力容器設(shè)備應(yīng)具有一定的抗腐蝕性能[3];其次是應(yīng)保證設(shè)備后續(xù)維護(hù)的便利性，所謂的后續(xù)維護(hù)便利性是指在壓力容器投入使用之后其相關(guān)的檢測及維護(hù)應(yīng)相對便利[4]，這樣做的根本目的就是保證壓力容器設(shè)備的安全性。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平以及制造工藝的發(fā)展，有色金屬材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到壓力容器設(shè)備制造加工過程當(dāng)中，并且已經(jīng)成為了現(xiàn)階段壓力容器設(shè)備加工制造的主要材料。除了常規(guī)的石化部門、熱電部門、化工行業(yè)等行業(yè)生產(chǎn)過程中所使用的壓力容器會應(yīng)用有色金屬材料之外，對于核工業(yè)核動力反應(yīng)堆、大型化工廠反應(yīng)裝置以及分離裝置，在選擇壓力容器設(shè)備時，也更多會選擇有色金屬材料壓力容器，壓力容器結(jié)構(gòu)分析如圖2所示。

3 有色金屬材料對于壓力容器檢測的影響

3.1 壓力容器主要檢測方法

對于壓力容器設(shè)備而言，其主要的檢測內(nèi)容包括外部檢測、內(nèi)部檢測以及整體檢測等等。首先是外部檢測，其主要的檢測項目有外表面形狀、金屬材料氧化情況、微裂紋、漏氣、局部溫度過高、相關(guān)附件牢固性以及螺栓連接穩(wěn)定性等等，其主要的檢測方法為日常巡回檢查，如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)安全問題，應(yīng)及時進(jìn)行停運(yùn)處理;其次是內(nèi)部檢測，內(nèi)部檢測的主要項目除了外部檢測所有項目外，還應(yīng)對設(shè)備內(nèi)表面的腐蝕及磨損情況進(jìn)行檢測，對于外部檢測項目而言其主要檢測方法為肉眼或者放大鏡檢測，內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測則主要是以無損檢測為主，比如射線探傷或者超聲波探傷等等[5]（如圖3）;最后是整體檢測，整體檢測除了上述兩項內(nèi)容外，還應(yīng)對壓力容器設(shè)備的耐壓情況進(jìn)行檢查，其中，耐壓情況主要方法為水壓試驗(yàn)以及焊縫無損檢測。

3.2 有色金屬材料應(yīng)用對于壓力容器檢測工作的影響

對于有色金屬材料而言，其對于壓力容器設(shè)備檢測工作的影響主要是標(biāo)準(zhǔn)不全，盡管現(xiàn)階段我國已經(jīng)制定了相應(yīng)的有色金屬材料壓力容器檢測標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著現(xiàn)階段相關(guān)技術(shù)的日益成熟，越來越多的有色金屬材料被應(yīng)用到實(shí)際的壓容器設(shè)備制造過程中，這樣一來，很多新材料由于缺乏相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，就很難對其相關(guān)檢測工作進(jìn)行規(guī)范，這樣也就很難保證壓力容器的安全性及可靠性。

4 壓力容器設(shè)計中有色金屬材料的應(yīng)用要求及設(shè)計

4.1 壓力容器中有色金屬材料的應(yīng)用要求

1）選擇合適的設(shè)計制造方法。要想對有色金屬材料在壓力容器加工設(shè)備中進(jìn)行有效應(yīng)用，筆者認(rèn)為，選擇合適的設(shè)計制造方法是其中尤為重要的一項措施。首先，在實(shí)際的設(shè)計制造過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)壓力容器的具體應(yīng)用來選擇合適的有色金屬材料，并對其性能進(jìn)行考察;其次，選擇合適的設(shè)計制造方法，設(shè)計人員應(yīng)盡量選擇分析設(shè)計法來進(jìn)行設(shè)計制造，同時在設(shè)計制造過程中，對有色金屬壓力容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)力不持續(xù)、有色金屬防腐性能相對較差等相關(guān)問題進(jìn)行充分考慮，并在此基礎(chǔ)上選擇最為合適的工藝進(jìn)行生產(chǎn)制造[6]。