高溫的定義

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是分子熱運(yùn)動(dòng)平均功能的標(biāo)志。和溫度直接相關(guān)聯(lián)的物理概念是能量的概念。分子運(yùn)動(dòng)論的建立，加劇了溫度和能量問的聯(lián)系。

工業(yè)革命使化石能源的使用量加劇，也同時(shí)密切了能源和機(jī)械動(dòng)力間的關(guān)系，其中溫度就在這期間擔(dān)當(dāng)了一個(gè)非常重要的角色：即能源和動(dòng)力間的轉(zhuǎn)換。在能源和石油化工等領(lǐng)域，為了提高能源轉(zhuǎn)換和物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化效率，工業(yè)裝置的工作溫度不斷提高。
從瓦特時(shí)代（1765 年）略高于100℃的蒸汽溫度，發(fā)展到現(xiàn)代超臨界參數(shù)發(fā)電的600.℃ 、乙烯裂解的1100℃ 、軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度1800℃ 等。對(duì)工業(yè)裝備的設(shè)計(jì)制造與運(yùn)行維護(hù)提出了越來越高的要求。

對(duì)于高溫壓力容器，其高溫的定義來源于材料的高溫特性。在線彈性變形階段，給定一個(gè)載荷總可以得到一個(gè)固定的變形值，但若材料在較高溫度下拉伸，則將發(fā)生蠕變變形，即使該載荷維持不變，變形仍將繼續(xù)增加。這樣一個(gè)溫度稱為蠕變溫度。
蠕變是材料溫度激化的結(jié)果，因此蠕變強(qiáng)度對(duì)溫度的依賴性是不言而喻的。一般認(rèn)為蠕變發(fā)生與否，與金屬的熔點(diǎn)Tm有關(guān)，粗略地可根據(jù)工作溫度是否大于0 . 5 Tm進(jìn)行判斷，實(shí)際合金則多在(0.4~ 0.6)Tm 之間。

當(dāng)工作溫度大于0.5Tm 時(shí)，即使應(yīng)力小于材料屈服限，蠕變也會(huì)發(fā)生。而當(dāng)工作溫度小于0.5Tm 時(shí)，若要產(chǎn)生蠕變變形，應(yīng)力必須接近或者大于材料的屈服限。不同的材料有不同的蠕變溫度，見下表：.

金屬的熔點(diǎn)與蠕變溫度：

由于材料的短時(shí)拉伸特性、疲勞特性等均隨溫度的升高而逐漸降低，因此對(duì)于何種溫度下的壓力容器為高溫壓力容器并無嚴(yán)格的界限。但是， 是否考慮蠕變因素，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的要求則不同，因此大多設(shè)計(jì)規(guī)范以是否進(jìn)入蠕變溫度為界限。

高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

目前已有許多成熟的和正在發(fā)展中的高溫過程工藝，無論是在役高溫設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，還是新工藝的實(shí)現(xiàn)，均有賴于科學(xué)的高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。各種工藝過程的溫度與壓力如下圖所示。

各種工藝過程的溫度與壓力
可以看出，技術(shù)的進(jìn)步也體現(xiàn)在溫度與壓力的突破。由于現(xiàn)代強(qiáng)度理論和先進(jìn)計(jì)算工具的出現(xiàn)，針對(duì)高壓的設(shè)計(jì)知識(shí)已相對(duì)完備，人們已可以較少地?fù)?dān)憂高壓所帶來的威脅。

然而在高溫下構(gòu)件的變形與損傷是依賴于時(shí)間以及空間多軸應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜現(xiàn)象。在科學(xué)上，必須解決這樣的命題：利用較短時(shí)間內(nèi)(實(shí)驗(yàn)時(shí)間<10000h) 獲得的知識(shí)去預(yù)測(cè)長時(shí)間下的效應(yīng)(> 100000h) ，利用較小空間內(nèi)(實(shí)驗(yàn)室試樣)獲得的知識(shí)去推斷大空間尺度下的行為(復(fù)雜結(jié)構(gòu)) ，這種雙重的復(fù)雜性大大地增加了人們進(jìn)行破壞控制的難度。
在工程實(shí)際中，一方面要為新的高溫設(shè)備設(shè)計(jì)提供理論方法，確保設(shè)計(jì)是可靠和經(jīng)濟(jì)的，使高溫技術(shù)過程能夠得以實(shí)現(xiàn)；另一方面要為在役設(shè)備可靠和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行提供保障技術(shù)。

在世界范圍內(nèi)，目前有大量的石油化工廠、發(fā)電廠是在20 世紀(jì)70~80 年代建造的，許多關(guān)鍵設(shè)備已超過了30 年的設(shè)計(jì)壽命。

由于經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境等因素的限制，新廠的建設(shè)漸少，進(jìn)入設(shè)計(jì)壽命期的工廠在今后將不斷增加。但簡(jiǎn)單地淘汰老廠的做法已無法做到，因此各國政府和企業(yè)都希望能采用高新技術(shù)方法挖掘工廠的潛力，使之能繼續(xù)運(yùn)行20 ~40 年。

近20 年來，工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入了大量的人力物力，致力于高溫設(shè)備壽命預(yù)測(cè)技術(shù)的研究。這些研究進(jìn)而又促進(jìn)了高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。