压力容器安全性评定技术.docVIP

压力容器安全性评定技术 　　摘 要：压力容器作为广泛应用于电力、航天、化工、石油、能源等诸多工业部门的一个重要部件，同样也是一种极易发生重大事故的特殊设备。因此，压力容器安全性评定技术对保障压力容器的安全运行至关重要，本文中，笔者将阐述目前常用的压力容器安全评定技术：弹塑性断裂力学评定方法、线弹性断裂力学评定方法、失效评定图法、疲劳断裂评定方法，并简要探讨压力容器安全评定技术的发展趋势。 关键词：压力容器 安全性评定 趋势 中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0084-01 压力容器作为广泛应用于电力、航天、化工、石油、能源等诸多工业部门的一个重要部件，同样也是一种极易发生重大事故的特殊设备。目前大部分压力容器都采用焊接方法制造，但是由于运行条件、焊接工艺以及焊接结构固有的缺点，几乎所有的压力容器都不可避免的存在各种缺陷，如母材中的冶金夹层、未焊透、夹渣、焊缝中的气孔等，因此，压力容器的安全评定技术的研究和应用历来受到各部门和有关学者的重视。本文中，笔者将阐述目前常用的压力容器安全评定技术，并探讨压力容器安全评定技术的发展趋势。 1 目前常用的压力容器安全评定技术 （1）弹塑性断裂力学评定方法。该方法以弹塑性断裂力学为基础，主要有J积分理论法和裂纹尖端张开位移法（COD法）。Rice于1968年提出J积分评定方法，该理论利用与路径无关的，避开裂纹尖端的能量积分J来描绘裂纹尖端的应力应变场，判断依据为，其中为材料相应的临界值，J积分评定方法不仅适用于大范围全面屈服的情况，还适用于小屈服、线弹性的情况，并且较裂纹尖端张开位移法更可靠；裂纹尖端张开位移法作为20世纪70年代国际缺陷评定规范主要采用的评定方法，该方法是WELLS于1965年提出，认为当张开裂纹位移达到时，压力容器的裂纹就会开裂，其中材料的临界张开位移以试验测量为准，与试件的形状、厚度无关，因此该方法在应用中存在一定的局限性。 （2）线弹性断裂力学评定方法。线弹性断裂力学将结构视为一个不发生屈服的完全弹性体，并假设结构存在裂纹，描述无限板中心穿透裂纹模型得到裂纹尖端应力场分布规律，研究材料临界应力强度因子与裂纹尖端的应力场强度因子K之间的关系，因此也称为K判据，其评定依据为≤。当计算得到的裂纹尖端的应力场强度因子K不满足上述依据时，压力容器就可能发生脆性断裂，此时就需要采取积极的预防措施。该方法适用于脆性材料或者塑性区尺寸较小的金属材料，当金属材料的塑性区很大，甚至端部塑性区尺寸已经接近裂纹本身尺寸时，该方法已经不再适用。 （3）失效评定图法。英国中央电力局在《带缺陷结构的完整性评定》中提出了失效评定图技术，随后美国电力研究院将材料应变硬化的阻力曲线应用于分析裂纹稳定扩展的全过程，并提出了严格的失效评定曲线，1986年，美国电力研究院以J积分为基础，考虑材料的应变硬化效应，抛弃通过立项塑性材料窄条区屈服模型得到失效评定图的方法，建立了失效评定的三种选择。目前世界各国的压力容器缺陷标准都在向美国1986年板的缺陷评定规范靠拢。 （4）疲劳断裂评定方法。疲劳裂纹稳定扩展阶段作为疲劳裂纹扩展的第二阶段，此阶段也决定了含裂纹压力容器的的疲劳寿命，目前疲劳裂纹稳定扩展阶段的扩展速度以及含裂纹构件的疲劳速度都可以由Pairs公式精确计算。对于压力容器接管处的高应变区疲劳寿命较短，最大应变接近屈服应变，应变幅度很大，此种应变疲劳问题可以应用裂纹尖端张开位移法理论或者J积分理论进行研究。 2 压力容器安全评定技术的发展趋势 （1）疲劳方法的应用。2000年PD 6539：1994与PD 6439：1991发表了合并后的BS 7910：1990修订版，该标准总结了近年来大量钢材在海水和空气总疲劳裂纹扩展实验数据，推出了新的疲劳裂纹扩展率，得到了更为准确的应力比R的修正法和两端Pairs关系式，并加入环境因素，给出了较高温度下的疲劳裂纹扩展，海水环境中无阴极保护和有阴极保护时的新的推荐方法。 （2）智能方法。因为工程结构一般存在大量的不确定性，然而传统的断裂力学研究都以确定性实践为前提，据研究采用模糊的数学方法对工程问题进行模糊处理，可以很大程度上提高压力容器的安全性评定的可靠性，随着智能方法在人工神经网络技术等领域的应用，针对影响压力容器的众多因素建立模糊模型必然成为下一步发展趋势。 （3）概率方法。美国一些研究人员于20世纪80年代将概率统计理论与确定性断裂力学理论想结合产生了概率断裂力学，并应用于压力容器的可靠性评估。基于概率断裂力学失效方法能够降低经验因素的影响，能够客观反映评定参数的不确定性，提高分析的安全性和准确性。近年来，Rahman.M建立的对含纵向腐