一、關(guān)于壓力容器

　　壓力容器是指盛裝氣體或液體，在工業(yè)生產(chǎn)中用于完成反應(yīng)、換熱、分離、儲(chǔ)存等生產(chǎn)工藝過程，并具有特定功能的承受一定壓力的密閉設(shè)備。壓力容器制造業(yè)是石化通用機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)重要分支，是裝備制造業(yè)的重要組成部分。

　　
　　壓力容器基本都是在承壓狀態(tài)下工作，并且所處理的介質(zhì)多為高溫或易燃易爆，危險(xiǎn)性極高 ，因此世界各國(guó)均將壓力容器作為特種設(shè)備予以強(qiáng)制性管理。壓力容器的類型和功能也隨應(yīng)用場(chǎng)合的不同而隨之變化，其整個(gè)設(shè)計(jì)，制造和使用過程涉及冶金、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)加工、焊接、熱處理、無損檢測(cè)，自動(dòng)化等專業(yè)技術(shù)門類。因此，壓力容器的技術(shù)發(fā)展是在建立在各專業(yè)技術(shù)綜合發(fā)展的基礎(chǔ)之上。

　　二、 壓力容器本體的發(fā)展方向

　　隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)，技術(shù)的貿(mào)易交流日漸加強(qiáng)和壓力容器的設(shè)計(jì)，制造及使用管理的成熟化，國(guó)內(nèi)外壓力容器的發(fā)展逐漸呈現(xiàn)出以下幾個(gè)方向：

　　1、 通用化與標(biāo)準(zhǔn)化：

　　壓力容器通用化和標(biāo)準(zhǔn)化已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)之一。這是因?yàn)橥ㄓ没c標(biāo)準(zhǔn)化也就意味著互換性的提高，這不僅有利于壓力容器使用單位日常維護(hù)與后勤保障，而且能夠最大限度地減少設(shè)計(jì)和制造成本。同時(shí)，對(duì)于像我們這樣的出口大國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)化也意味著獲得了走向國(guó)際的通行證。從世界范圍內(nèi)的壓力容器出口大國(guó)的實(shí)踐分析可以看出，國(guó)際化的工程公司可以帶動(dòng)本國(guó)的壓力容器行業(yè)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化認(rèn)可，從而獲得更大的國(guó)際發(fā)言權(quán)和豐厚的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。

　　2，特殊化與專業(yè)化：

　　通用化與標(biāo)準(zhǔn)化雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但在這類壓力容器只能用在一些普通場(chǎng)合，在具有特殊要求的工作環(huán)境下必須使用具有特殊功能的壓力容器。如核反應(yīng)容器，水晶加工容器和火箭燃料箱等就要求壓力容器必須具備極強(qiáng)的耐腐蝕，耐高壓和耐高溫能力。正是這些特殊的需求促使壓力容器向著特殊化與專業(yè)化的方向不斷地發(fā)展和進(jìn)步。

　?。?）超高壓容器：它是指工作壓力大于或等于100MP的容器，這類容器在乙烯的聚合，人工水晶的制造等方面已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。但其依然存在著制造成本高昂和安全性不夠理想的問題。現(xiàn)在隨著新型材料出現(xiàn)和冶金業(yè)的發(fā)展超高壓容器的耐壓能力和強(qiáng)度極限也在逐步提升，這都將促使超高壓容器進(jìn)一步發(fā)展。

　?。?）高溫壓力容器：所謂高溫﹐通常是指壁溫超過容器材料的蠕變起始溫度(對(duì)于一般鋼材約為 350℃)?；鹆Πl(fā)電站的鍋爐汽包﹑煤轉(zhuǎn)化反應(yīng)器﹐某些堆型(高溫氣冷堆和增殖反應(yīng)堆)核電站的反應(yīng)堆壓力容器等﹐都是高溫壓力容器。高溫壓力容器因材料的蠕變會(huì)產(chǎn)生形狀和尺寸的緩慢變化。材料在高溫的長(zhǎng)期作用下﹐其持久強(qiáng)度較短時(shí)抗拉強(qiáng)度低得多。因此選擇材料的主要依據(jù)是高溫持久強(qiáng)度和耐腐蝕性。高溫壓力容器的應(yīng)力分析比較復(fù)雜﹐求理論解相當(dāng)困難。現(xiàn)代實(shí)踐表明﹐采用有限元法分析是切實(shí)可行的。如果容器承受交變載荷(例如反復(fù)升壓和降壓)﹐還應(yīng)考慮疲勞(見疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì))和蠕變的交互作用。

　　（3）耐強(qiáng)腐蝕壓力容器：由于壓力容器常與酸，堿，鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)接觸，腐蝕不僅造成材料的消耗，而且會(huì)引起設(shè)備的損壞，原料及產(chǎn)品的流失，污染環(huán)境，甚至造成中毒，火災(zāi)和爆炸等惡性事故。如運(yùn)輸硫酸，鹽酸的槽罐，不僅要具備強(qiáng)的耐腐蝕能力，而且對(duì)其安全性的要求也非常嚴(yán)格，這不是一般的壓力容器所能滿足的。

　　（4）低溫壓力容器：它主要應(yīng)用在液氧，液氮等介質(zhì)的制取，存儲(chǔ)以及低溫超導(dǎo)體的制造過程中，由于其工作溫度一般在-100℃左右甚至更低，這時(shí)材料的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，造成材料 的強(qiáng)度和塑性大幅度下降，給安全運(yùn)行帶來隱患。這都要求這類壓力容器在選材上必須注意。

　?。?）除此之外，還有容器的大型化與微型化等特殊應(yīng)用場(chǎng)合。

　　三、 壓力容器的專業(yè)技術(shù)發(fā)展方向

　　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(cè)、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(cè)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(guó)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(shì)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(guó)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(chǎng)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(guó)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(zhǎng)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(guó)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(cè)：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(cè)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(guó)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(chǎng)進(jìn)行無損檢測(cè)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(jiǎn)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

　　為了增加本國(guó)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)性，降低安全系數(shù)是目前世界各國(guó)和地區(qū)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的普遍傾向，我國(guó)也提出了將特定材料按分析設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的安全系數(shù)nb降為2.4的提案。安全系數(shù)的降低關(guān)系到壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，對(duì)壓力容器行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性及安全性影響極大，必須慎之又慎。降低安全系數(shù)的前提條件是：

　　結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)水平的提高；

　　制造經(jīng)驗(yàn)的積累和制造技術(shù)水平的提高；

　　更嚴(yán)格的材料技術(shù)要求；

　　更科學(xué)的質(zhì)量保證體系。

　　四、壓力容器行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

　　世界已經(jīng)進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展時(shí)期，經(jīng)濟(jì)全球化的一個(gè)必然趨勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化。

　　美歐等各大經(jīng)濟(jì)實(shí)體都把爭(zhēng)奪標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)權(quán)作為爭(zhēng)奪市場(chǎng)的主要目標(biāo)，投入了大量的人力物力，在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)上推出了新的內(nèi)容；

　　1、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化：

　　標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相容，而不是簡(jiǎn)單地照搬國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容。對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，在基本要求上符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在特殊問題上突出自己的特有技術(shù)和管理方式，最終階段性地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)間的互相認(rèn)可。

　　趨同性：信息技術(shù)的高速發(fā)展，使世界范圍內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)迅速普及，圍繞技術(shù)發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也必然為技術(shù)的使用者所接受，因此世界范圍內(nèi)的壓力容器技術(shù)要求正在向統(tǒng)一的方向發(fā)展。

　　相容性：盡管世界上的各國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容不完全相同，但各國(guó)都把自己的標(biāo)準(zhǔn)與其它標(biāo)準(zhǔn)相容作為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的互相認(rèn)可。ASME（日本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）在1999年進(jìn)行一個(gè)研究項(xiàng)目，對(duì)PED（歐洲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行徹底分析，并將PED的ESR與VIII-1對(duì)設(shè)計(jì)、建造和行政管理的要求進(jìn)行系統(tǒng)的比較，證明ASME標(biāo)準(zhǔn)增加一些內(nèi)容以后就可以滿足PED的要求。

　　貿(mào)易性：標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際貿(mào)易規(guī)則的組成部分和貿(mào)易糾紛仲裁的重要依據(jù)，主宰國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將有利于獲得巨大的市場(chǎng)份額和經(jīng)濟(jì)利益實(shí)施國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略的實(shí)質(zhì)是爭(zhēng)奪國(guó)際市場(chǎng)的控制權(quán)。

　　2，技術(shù)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間的相互協(xié)調(diào)：

　　國(guó)家的技術(shù)法規(guī)是國(guó)家為保證壓力容器產(chǎn)品的安全而設(shè)立的強(qiáng)制性法規(guī)，任何其管轄范圍內(nèi)的產(chǎn)品都必須遵守它的安全原則；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是推薦性的，規(guī)定保證壓力容器安全所相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)，但標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該符合技術(shù)法規(guī)的安全原則，可以指導(dǎo)壓力容器的設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，是壓力容器產(chǎn)品建造和貿(mào)易中的技術(shù)評(píng)價(jià)平臺(tái)。因此，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)法規(guī)應(yīng)該是總體協(xié)調(diào)的，但在作用和其它方面是有區(qū)別的。

　　原則性和工程性：技術(shù)法規(guī)管轄產(chǎn)品的最基本的安全要求;標(biāo)準(zhǔn)除了要符合這些基本要求之外，還要規(guī)定在工程上滿足基本安全要求的具體方法和合格指標(biāo)。技術(shù)法規(guī)的數(shù)量很少，但管轄的范圍很寬；與之配套的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)涉及到材料、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、成形，焊接、無損檢測(cè)、壓力試驗(yàn)等一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

　　穩(wěn)定性和時(shí)效性：國(guó)家的技術(shù)法規(guī)是國(guó)家的行政法規(guī)的一部分，其內(nèi)容的相對(duì)穩(wěn)定不變對(duì)行業(yè)的安全管理有利；而協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品安全質(zhì)量的技術(shù)規(guī)則，要與時(shí)俱進(jìn)，隨時(shí)反映行業(yè)的綜合能力和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。

　　因此，研究調(diào)整技術(shù)法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，明確技術(shù)法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的界定范圍，應(yīng)引起國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)的充分重視。

　　3、產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化和生產(chǎn)專業(yè)化；

　　競(jìng)爭(zhēng)必然導(dǎo)致生產(chǎn)模式的改變，形成以核心企業(yè)為主導(dǎo)、大中小企業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展、分層次競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)。市場(chǎng)配套和專業(yè)化生產(chǎn)是今后壓力容器行業(yè)的主要格局，也是發(fā)展的方向；加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作有助于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化協(xié)作，這種強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)配套和專業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)必須以技術(shù)上的高度統(tǒng)一為前提，標(biāo)準(zhǔn)化恰恰是實(shí)現(xiàn)技術(shù)統(tǒng)一的基礎(chǔ)，因此標(biāo)準(zhǔn)是專業(yè)化協(xié)作的橋梁和紐帶。(轉(zhuǎn)自化工707）