低溫壓力容器設(shè)計理念的比較范文
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1低溫界定比較
結(jié)合大量的實踐經(jīng)驗來看，對于壓力容器而言，在出現(xiàn)的低溫脆斷破裂現(xiàn)象前后各個階段當中都沒有或僅僅存在局部區(qū)域內(nèi)非常小的塑性變形表現(xiàn)，但大多不會出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)上的屈服問題。目前，國內(nèi)外按凡按常規(guī)設(shè)計的壓力容器規(guī)范，針對受壓元件的低應(yīng)力脆斷問題都做出了相應(yīng)的規(guī)定，在規(guī)定當中還對具體的低溫界限做出了合理劃分。美國現(xiàn)行壓力容器規(guī)范ASMEVII–1規(guī)范當中對低溫界限的劃分標準為﹣3.0℃以下；日本現(xiàn)行壓力容器規(guī)范JISB8243規(guī)范當中對低溫界限的劃分標準為﹣10.0℃以下；德國現(xiàn)行壓力容器規(guī)范AD規(guī)范當中對低溫界限的劃分標準為﹣10.0℃以下；法國現(xiàn)行壓力容器規(guī)范非直接受壓設(shè)備設(shè)計規(guī)范當中對低溫界限的劃分標準為﹣20.0℃及以下；英國現(xiàn)行壓力容器規(guī)范BS5500規(guī)范當中對低溫界限的劃分標準為0℃以下。而對于我國而言，結(jié)合多年以來的實踐經(jīng)驗證實：在壓力容器使用環(huán)境溫度高于﹣20.0℃的情況時，按照常溫標準進行壓力容器的選材、設(shè)計、制造均是可以保障其安全性的。因此，在現(xiàn)行的GB150-2011規(guī)范當中，仍然按照﹣20.0℃作為低溫壓力容器的低溫界定標準。
就當前在壓力容器設(shè)計領(lǐng)域中最常使用的三類規(guī)范：美國ASMEVII–1規(guī)范、歐盟EN13445規(guī)范、以及我國現(xiàn)行GB150規(guī)范作為研究對象，對其有關(guān)低溫壓力容器設(shè)計方面的規(guī)定進行對比分析：對于美國ASMEVII–1規(guī)范、歐盟EN13445規(guī)范而言，在低溫壓力容器設(shè)計中均遵循了與斷裂力學相關(guān)的原理與方法，通過對材料組別，應(yīng)力水平，材料厚度，以及元件最低操作溫度等相關(guān)指標的分析，評估沖擊試驗的可行性（若可行，則需要進一步分析沖擊試驗下所對應(yīng)的溫度條件），這顯然更加符合鋼材脆性斷裂下的實際原理。同時，在歐盟EN13445規(guī)范當中，還詳細給出了建立在斷裂力學原理基礎(chǔ)之上的分析方法，作為其前兩種方法的補充，即針對采用超標準材料或經(jīng)過無損檢測發(fā)現(xiàn)超標缺陷，常規(guī)方法不適用的條件下，可利用后續(xù)方法作為補充，因此實際應(yīng)用價值更加突出。但對比我國現(xiàn)行GB150規(guī)范來看，雖然在GB150規(guī)范當中也建議通過對材料進行沖擊性試驗的方式來評估材料沖擊韌性，但設(shè)計思想還存在一定的滯后性，與美國ASMEVII–1規(guī)范、歐盟EN13445規(guī)范中的設(shè)計思想還存在一定的差距。
同時，根據(jù)本文以上分析，在我國現(xiàn)行GB150規(guī)范當中，對于低合金鋼材料低溫容器的溫度界限劃分按照﹣20.0℃標準進行設(shè)置，但這種設(shè)計理念下并沒有考慮到材料厚度以及在材料厚度范圍內(nèi)實際缺陷尺寸等相關(guān)因素對低溫容器材料沖擊韌性造成的影響。為進一步對比三種規(guī)范在低溫容器設(shè)計上存在的差異，以Q345R（16MnR）正火板為例進行分析：根據(jù)美國ASMEVII–1規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，對于150.0mm的Q345R（16MnR）正火板來說，即便在溫度高于0℃的條件下，仍然無法真正意義上的避免脆性斷裂問題的發(fā)生，而20.0mm的Q345R（16MnR）正火板即便應(yīng)用于﹣35.0℃的條件下也可不必進行低溫沖擊性試驗。但在我國現(xiàn)行GB150規(guī)范的要求當中，對于25.0~200.0mm的Q345R（16MnR）正火板，要求必須做0℃或﹣20.0℃條件下的沖擊性試驗。換句話來說，在材料厚度較大的情況下，若按照我國現(xiàn)行的GB150規(guī)范中的要求來進行設(shè)計，則除了需要對標準條款進行考慮意外，還需要結(jié)合實際情況分析是否需要提高對材料韌性的要求，否則所帶來的設(shè)計風險是非常巨大的。
而從材料沖擊試驗溫度調(diào)整規(guī)定的角度上來說，美國ASMEVII–1規(guī)范、歐盟EN13445規(guī)范中均可采用元件中的實際薄膜應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值來判斷材料允許使用溫度的降低值，而我國現(xiàn)行GB-150規(guī)范中對此僅規(guī)定了一種低溫低應(yīng)力工況，而在化工容器設(shè)計中也確實存在著應(yīng)力水平雖較低但未低至l/6屈服強度的現(xiàn)象，對此，GB150《壓力容器》并未如國外標準一樣作出在低溫降應(yīng)力工況下材料沖擊試驗溫度的調(diào)整規(guī)定，具體規(guī)定如表1數(shù)據(jù)所示，顯得較為保守。
3結(jié)束語
對于壓力容器而言，在其使用過程當中，常見的破裂有兩種表現(xiàn)形式，其一是塑性破裂，其二是脆性破裂。對于本文所研究的低溫壓力容器而言，發(fā)生率較高的破裂表現(xiàn)形式為脆性破裂。其主要機制是：在拉應(yīng)力作用之下，受壓元件的應(yīng)力水平低于材料的屈曲強度或者是在較許用應(yīng)力較低的情況下而出現(xiàn)的突發(fā)性破裂現(xiàn)象，通常也將這種破裂現(xiàn)象稱之為低應(yīng)力脆斷。由于此種現(xiàn)象有一定的突發(fā)性以及不可預知性特點，故而在發(fā)生后可能會產(chǎn)生非常嚴重的不良后果。在這一背景之下，對相關(guān)規(guī)范標準中有關(guān)低溫壓力容器設(shè)計理念進行對比有著非常深遠的現(xiàn)實意義與價值。文章即在對我國現(xiàn)行GB-150中有關(guān)低溫壓力容器設(shè)計要點進行介紹的基礎(chǔ)之上，將其與美國ASMEVII–1規(guī)范、歐盟EN13445規(guī)范中的設(shè)計理念進行對比分析，希望能夠在實踐工作中引起高度關(guān)注與重視。
作者：劉英 單位：江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司
