压力容器设计使用寿命综合论文
压力容器设计方法维护论文
谈压力容器的设计方法及维护[摘要]：本文首先介绍了压力容器的特点和作用，主要介绍了压力容器的设计方法，最后阐述了压力容器的维护保养，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命，即使容器满足强度、刚度和稳定性的要求，此外，材料消耗低，制造、操作、安装和维修方便等。
[关键词]：压力容器设计方法维护中图分类号：th49 文献标识码：th 文章编号：1009-914x （2012）12- 0192 -010 引言压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、仪表及完成不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
1 概述压力容器的本身特点决定其安全性是核心问题，因此设计容器应当是以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命，即使容器满足强度、刚度和稳定性的要求，此外，考虑材料消耗低，制造、操作、安装和维修方便等。
2 设计理论基础2.1 回转壳体的薄膜应力工程实际中，薄壳指的是壳体厚度与其中间面最小主曲率半径的比值不超过1/10的薄壁壳体结构。
薄壁容器的外壳一般是这种，且其几何上对称于某一轴线的结构，故称回转薄壳。
容器薄壳通常承受的外部载荷对称于同一轴线，且支承条件也是轴对称。
由于载荷、结构是轴对称的，因而壳内的应力和变形均具有轴对称特点，这类壳体问题统称为回转壳体的轴对称问题。
分析壳体的应力有两种基本理论——“无力矩理论（薄膜理论）”与“有力矩理论”。
对于轴对称问题，壳体中面微元四个边上存在法向力nj、nq，弯矩mj、mq和横向力qj等五个内力分量（它们是沿微元侧边分布的单位长度的力与力矩）。
简析压力容器设计的问题和对策
Machinery & Equipmemt︱346︱华东科技简析压力容器设计的问题和对策简析压力容器设计的问题和对策郭向东（东方电气河南电站辅机制造有限公司，河南 三门峡 472501）【摘 要】本文首先对压力容器设计使用寿命进行总结，对压力容器设计过程中热处理的影响进行研究，对压力容器常见故障进行分析，对几种压力故障的处理方法进行研究，针对加强对压力容器管理及预防故障发生提出一些建议。
【关键词】压力容器；故障；问题；对策引言压力容器在使用过程中经常会出现故障问题，对企业正常生产运行产生一定的影响，甚至会产生安全事故。
所以必须加强压力容器日常管理和维护工作，从而降低压力容器故障发生的概率，延长压力容器的使用寿命。
因此，对压力容器设计问题及其解决对策进行研究具有重要意义。
本文对有关压力容器设计的问题和对策进行研究和探讨，不足之处，敬请指正。
1 压力容器设计的使用寿命问题按照最新的《固定式压力容器安全技术监察规程》要求，设计单位必须要在设计图纸标注出该压力容器的设计使用年限，要严格避免压力容器因为超出设计的使用年限而导致的安全隐患，所以通过新的规定可以看出，使用年限对压力容器的实际应用效果有很大的影响，但是即使操作人员看到设计图纸上的压力容器的设计使用寿命，往往也没有引起重视，而且最为重要也是最容易被忽视的就是设备所处的环境、温度、压力、材料等对使用年限的影响，特别是由于操作人员没有认真阅读操作手册，经常违规操作，使得压力容器的使用年限大大减少。
2 压力容器设计过程中热处理的问题在有关钢板的热处理的相关规定中，可以查到钢板冷成型受压元件在大多数情况下需要热处理，比如装的液体毒性很强的时候，还有腐蚀性很强的时候，碳钢极低的合成钢在成型后厚度会降低，如果想让成型变形率符合相关规定的指标要求，就需要采用热处理从而使其恢复到材料的原本性能，一般设计者在进行压力容器设计的时候，都会注意容器壁和封头的热处理，但是在很多接管处的设计上，却忽略了要进行相关热处理，从而导致材料变形，不符合相关规定的指标要求。
压力容器的设计使用寿命
压力容器的设计使用寿命压力容器的设计使用寿命问题一直是我国的设计单位和设计者尽量避免涉及和回避的问题，其主要表现在以下两个方面：首先，受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，设计者对压力容器的设计使用寿命大都不愿或难以给出准确的预报值，从而导致压力容器超期服役现象的存在；其次，由于缺乏相关标准和法规条文对超期服役的压力容器进行必要的规定和限制，使得其使用和检验缺乏有效的依据，处理不好客观上会造成重大的安全隐患。
但由于种种原因，压力容器的设计使用寿命问题一直没有得到应有的重视。
事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素，主要有：★材料的力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性；★腐蚀裕量中包含的设计寿命因素；★载荷如周期性载荷等的时间性；★违规操作或恶劣环境等非正常因素。
因此，正确的设计途径应是：设计者在确定容器设计使用寿命的基础上，充分地考虑以上四个因素的影响，合理地选择材料、确定腐蚀裕度、提出制造、检验和操作要求等等。
GB150-1998《钢制压力容器》的第3.5.5.2款明确规定：“应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量”，也就是说腐蚀裕量等于年腐蚀速率乘以容器设计寿命，在腐蚀速率中不仅包括介质对材料的腐蚀，也包括介质流动时对容器材料的冲蚀和磨蚀。
在标准中，由设计者确定的容器设计使用寿命是设计时确定腐蚀裕量的一个重要前提。
无独有偶，新版《压力容器安全技术监察规程》的第32条规定：“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”，也明确了设计单位在确定压力容器设计使用寿命上的责任。
应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，其作用是提醒使用者，当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚度和缩短检验周期等。
关于压力容器设计使用寿命的综合分析
关于压力容器设计使用寿命的综合分析摘要：压力容器的使用寿命，不仅是一个安全范畴的问题，而且是一个法律责任范畴的问题。
笔者按照《容规》的标准，针对压力容器设计使用寿命的影响因素和在压力容器设计中如何计算设计的使用寿命进行了深入的研究。
关键词：压力容器腐蚀疲劳设计使用寿命确保压力容器的安全运行，不仅是保护财产安全以及人民生命的需要，还是促进国民经济发展的需要。
除了符合压力容器的强度计算条件、结构合理化之外，另外还必须考虑到压力容器的设计使用寿命问题。
压力容器同其他一切事物一样，也是有寿命的。
为此，“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”是《压力容器安全技术监察规程》中的第32条明确规定。
一、现状和原因探究在设计图样上标明设计使用寿命的设计图样还是很罕见。
原因如下：1.众多压力容器设计人员不明白设计使用寿命的影响因素。
2.部分压力容器的设计者，虽懂得设计使用寿命的影响因素，可是不会实施正确的计算以预估。
3.一些设计者，对消费者是否会接受限定设计使用寿命的压力容器颇为担忧。
4.一些设计者把实际使用寿命跟设计使用寿命混为一谈，所以，做不出压力容器额设计使用寿命。
二、压力容器的设计使用寿命影响因素文献[1]中支持出设计使用寿命的影响因素，通常来说，按照金属腐蚀速率、疲劳、蠕变以及时效等综因素来综合考虑，经由设计人员，计算出压力容器设计的使用寿命。
相关因素总结如下：1.材料的力学性能众所周知，在特定的温度以及特定的应力作用之下，伴随着时间的增加，金属材料会逐渐地出现塑性变形。
所以，在高温环境的作用下工作，压力容器材料的力学性能耐高温蠕变以及高温断裂的价值至关重要。
2.合理选择腐蚀裕量某研究表明：腐蚀裕量的确定不仅应按照介质对金属材料的腐蚀速率，还应该按照预期的容器寿命。
容器的设计使用寿命=腐蚀裕量/腐蚀速率（仅考虑腐蚀）。
其中腐蚀速率，既考虑到介质对材料的腐蚀，还需考虑到介质流动时对容器材料的腐蚀以及冲蚀。
压力容器设计中有关标准问题的探讨优选稿
压力容器设计中有关标准问题的探讨集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-压力容器设计中有关标准问题的探讨摘?要:GB150-1998《钢制压力容器》实施二年来，标准使用者相继提出了一些标准使用过程中出现的问题，有些是使用者对标准理解的偏差，有些则值得进一步研究和探讨。
本文重点讨论了GB150-1998《钢制压力容器》和新版《压力容器安全技术监察规程》实施过程中的某些问题，并阐述了作者自己的见解，希望能够对使用者有所裨益。
前?言GB150-1998《钢制压力容器》实施后，国家于一九九九年颁布了新版《压力容器安全技术监察规程》，使得压力容器的设计、制造、检验等环节得到了更为有效的控制。
通过大量的标准和法规宣贯活动以及压力容器标准提案审查制度的有效实施，我们从各方面收集到一些在标准使用过程中遇到的问题，其内容涉及到压力容器的设计、制造、检验及管理等诸方面，我们对这些问题分别进行了研究并提出了相应的处理意见。
本文拟就其中一些有共性的问题进行探讨，详细阐述相关的标准和法规条款的含义，以期加深使用者对标准和法规的理解，使业内人员在压力容器设计、制造、检验等环节上能够正确地运用标准和法规。
必须声明的是，本文只代表个人观点，作者不对任何与本文技术内容有关的法律纠纷负责。
1.压力容器的设计使用寿命问题压力容器的设计使用寿命问题一直是我国的设计单位和设计者尽量避免涉及和回避的问题，其主要表现在以下两个方面：首先，受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，设计者对压力容器的设计使用寿命大都不愿或难以给出准确的预报值，从而导致压力容器超期服役现象的存在；其次，由于缺乏相关标准和法规条文对超期服役的压力容器进行必要的规定和限制，使得其使用和检验缺乏有效的依据，处理不好客观上会造成重大的安全隐患。
但由于种种原因，压力容器的设计使用寿命问题一直没有得到应有的重视。
事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素，主要有：★材料的力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性；★腐蚀裕量中包含的设计寿命因素；★载荷如周期性载荷等的时间性；★违规操作或恶劣环境等非正常因素。
安全技术——压力容器设计使用年限2014-03-12
6.压力容器设计使用年限1）一般容器、换热器壳体及管箱：10年；2）塔类、一般反应器、高压换热器、难于更换的元件或容器：15~20年；3）球形容器：25年；4）重要的反应容器：30年.具体的设计年限应该用用户提出，毕竟设备是有他们使用的，然后再根据使用年限定设备的腐蚀余量；正常应该是这个流程；但是现在包揽业务的都是一些中间商，大家都不知道设计年限，所以这样把这个任务推给了设计者，所以呢，腐蚀余量=年腐蚀速率X设计年限；新容规TSG R0004-2009里注明：压力容器设计图纸上应注明设计使用年限，对于这个新要求计算方法。
1、所谓设计使用年限，就是指一台压力容器在正常的工况下，按均匀腐蚀的速率，计算出设计使用年限。
我觉得应该叫理论设计使用年限比较妥当，因为实际的压力容器使用年限是算不出来的，因为压力容器工况是在变化的，且存在不可预知。
一些不可预知的操作因素也影响了计算结果。
所以我觉得只能当做均匀的腐蚀速率，这一“理想状态”进行设计。
2、2 方法原则先按照设计压力、设计温度等参数计算出容器的计算厚度，这个厚度是压力容器使用年限厚度，我们暂且称为“年限厚度”。
也就是说一台压力容器的壁厚减薄到“年限厚度”时，我们就认为这台压力容器是不能使用了，也就是说这台压力容器使用年限已到。
3、具体计算理论设计使用年限=（名义厚度-年限厚度）/均匀腐蚀速率，均匀腐蚀速率单位为mm/年，关键是这个数据是很难确定的，不同的压力、不同的温度和不同介质下这个数据如何得到呢？《HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定》中说也就简单的罗列了腐蚀速率，如腐蚀速率为0.05~0.13mm/年算轻微腐蚀。
两台容器，同介质同压力，温度不同，高温的容器肯定比低温容器的寿命短。
如何能精确到不同压力、不同的温度、不同的介质下腐蚀速率呢？因为腐蚀速率差0.01的话，计算的寿命差很多的。
压力容器预设运用年限的研讨错误设计如果设计人员由于受技术条件及观念等因素的制约，在设计时对于结构设计不合理会对压力容器设计使用寿命造成影响。
压力容器寿命评价技术研究
Science &Technology Vision 科技视界作者简介:冯驰(1986—),男,汉族,江苏徐州人,2008年毕业于中国矿业大学应用物理专业,理学学士,助理工程师,从事压力容器及压力管道检验。
0引言在没有依据的情况下报废压力容器,会给企业带来带来经济损失,但如果盲目使用已经失效的压力容器,一旦发生事故,不仅会使整个压力容器的结构遭到破坏,而且还会造成人身事故,带来更大的灾难。
因此,如果能采取一套行之有效的方法,对这些设备经过严格的非破坏性检验和材质的调查,并正确诊断之后,能比较精确的评价其寿命,则会带来极大的利益。
因此,各国对如何正确评价压力容器寿命的技术进行了积极而广泛的研究。
1评价压力容器剩余寿命的方法当定期地使用非破坏性检测仪器,检测出裂纹和裂纹性缺陷时,就可以根据下式计算出压力容器的剩余寿命(时间)。
t =a a ∫1CK m 1da=2(m-2)CM m-2σm ·1a ()m -22-1acr()m -22[]式中:C 和M 为常数,它与材料的断裂韧性和裂纹扩展速度有关。
M 为Taylor 因子,它等于(cos Φ·cos λ)-1,其中Φ为拉伸轴与滑移面法线之间夹角,λ为拉伸轴与滑移方向之间夹角;а为裂纹或裂纹性缺陷的长度;a cr 与临界裂纹的长度,它可用下式计算出来。
对于内部裂纹:a cr=K 2ic·Q πσ2对于外部裂纹:a cr =K 2ic ·Q1.2πσ2式中:Q 为应力强化系数,它等于1+ln(1+X /a )[],其中X 为缺口脚部的距离,K ic 为裂纹断裂韧性,σ为应力。
上式说明,压力容器的剩余寿命,就是被检出的裂纹缺陷长度a ,当其扩大延伸时达到引起该材料发生脆性断裂的临界裂纹长度a cr 的时间。
要想对压力容器寿命进行计算,则必须有如下六方面的数据:①材料的化学成分(也就是所谓的J-因子);②在零度以上的材料夏氏V 型冲击吸收能量;③在零度以上的材料的屈服应力;④有关裂纹的长度和形状的系数;⑤时间;⑥应力。
关于压力容器的设计探讨
关于压力容器的设计探讨摘要：压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器投入运行之前，要经过设计、制造、安装、检验、监督运行和维护等多个环节，其中设计是一个尤为重要的环节。
在压力容器的设计、制造、检验过程中。
经常会有一些对压力容器的法规、标准、规范理解不透彻的地方，因而会出现很多错误的例子。
本文现作以下的探讨。
关键词：压力容器，设计引言压力容器在日常生活中应用较为广泛,主要作用为在一定的压力、温度和易燃、易爆、有毒介质的条件下对特定物质进行加工和处理的特种设备。
一旦其质量出现问题,将连带着大规模安全事故的发生,对个人和企业存在不可估量的高危险系数。
因此在容器设计中应充分考虑此因素,把握好每一个影响容器寿命的细节,确保品质优良。
一、关于压力容器的设计分析1.压力容器的设计方法1）常规设计。
常规设计的理论基础是弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点达到屈服极限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。
在应力分析方法上，是以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算为基础，不考虑边缘应力、局部应力以及热应力等，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题。
所有类型的应力采用同一的许用应力值（通常为1倍许用应力）；为了保证安全，通常采用较高的安全系数，以弥补应力分析的不足。
2）分析设计。
随着压力容器参数的增高，高强度钢的采用以及近代计算与试验技术的发展采用弹性失效的观点使许多问题难于解决，常规设计的结果过于保守，设计的结构尚有很大承载潜力。
为了适应压力容器的发展，必须采用新的失效观点来解决这些问题。
分析设计弃了传统的弹性失效准则，采用了弹塑性或塑性失效准则，合理地放松了对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。
我国的分析设计的标准为JB4732-95《钢制压力容器一分析设计标准》，是以第三强度理论即最大剪应力理论为基础，认为不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料就发生屈服破坏。
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关于压力容器设计使用寿命的综合分析摘要：压力容器的使用寿命，不仅是一个安全范畴的问题，而且是一个法律责任范畴的问题。
笔者按照《容规》的标准，针对压力容器设计使用寿命的影响因素和在压力容器设计中如何计算设
计的使用寿命进行了深入的研究。
关键词：压力容器腐蚀疲劳设计使用寿命
确保压力容器的安全运行，不仅是保护财产安全以及人民生命的需要，还是促进国民经济发展的需要。
除了符合压力容器的强度计算条件、结构合理化之外，另外还必须考虑到压力容器的设计使用寿命问题。
压力容器同其他一切事物一样，也是有寿命的。
为此，“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”是《压力容器安全技术监察规程》中的第32条明确规定。
一、现状和原因探究
在设计图样上标明设计使用寿命的设计图样还是很罕见。
原因如下：
1.众多压力容器设计人员不明白设计使用寿命的影响因素。
2.部分压力容器的设计者，虽懂得设计使用寿命的影响因素，可是不会实施正确的计算以预估。
3.一些设计者，对消费者是否会接受限定设计使用寿命的压力容器颇为担忧。
4.一些设计者把实际使用寿命跟设计使用寿命混为一谈，所以，
做不出压力容器额设计使用寿命。
二、压力容器的设计使用寿命影响因素
文献[1]中支持出设计使用寿命的影响因素，通常来说，按照金属腐蚀速率、疲劳、蠕变以及时效等综因素来综合考虑，经由设计人员，计算出压力容器设计的使用寿命。
相关因素总结如下：
1.材料的力学性能
众所周知，在特定的温度以及特定的应力作用之下，伴随着时间的增加，金属材料会逐渐地出现塑性变形。
所以，在高温环境的作用下工作，压力容器材料的力学性能耐高温蠕变以及高温断裂的价值至关重要。
2.合理选择腐蚀裕量
某研究表明：腐蚀裕量的确定不仅应按照介质对金属材料的腐蚀速率，还应该按照预期的容器寿命。
容器的设计使用寿命=腐蚀裕量/腐蚀速率（仅考虑腐蚀）。
其中腐蚀速率，既考虑到介质对材料的腐蚀，还需考虑到介质流动时对容器材料的腐蚀以及冲蚀。
3.交变载荷作用的相关因素[2，3]
经常在高温、压力波动作用下的运行压力容器，另外频繁地启动车辆，这些因脆性增高，会很容易导致断裂的出现，而不是出现显著的塑形改变。
在交变应力的作用之下，在压力容器的局部峰值应力区因晶间滑移和位错运动而很容易诱发微裂缝的出现，进而在载荷循环的作用之下，微裂缝逐渐扩展，最后使得整个截面失去承载能力而引发脆性断裂。
4.设计失误
在技术条件和观念等因素的影响之下，倘若设计者在设计时，对结构的设计欠科学，它将严重地影响压力容器设计的使用寿命。
常见于：
伴大开孔的设备，在采用压力面积法以计算补强时，在接管跟壳体连接的内外壁未采用圆弧来衔接；未采用圆角结构等在设计低温压力容器时。
5.环境差甚至出现违规操作等异常因素
当在违规操作时，容器在高于容器的设计压力条件下工作，此会导致严重地损伤设备，此种异常工作状况下容器的寿命是很难计算的。
6.计算设计使用寿命
综上所述，经过以上影响因素的研究，我们能够懂得计算容器的设计使用寿命主要需要考虑2个方面，第一是腐蚀，第二是疲劳，其它次要因素比如：设计不当、违反操作规章制度等仅可以经过强化管理使之完善。
三、因对策略和办法
1.腐蚀因素
此腐蚀包括介质流动时对容器材料的冲蚀。
在结构设计，若已考虑了冲蚀的防护，则可不计。
此时：容器设计的使用寿命=腐蚀裕量/腐蚀速率
2.疲劳工况
疲劳分析免除的判据。
第一、根据使用经验。
此不作为计算用。
第二、当容器在以下条件时，即在考虑包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计（设计）次数；压力波动范围超过设计压力20%的工作压力循环的预计（设计）次数。
包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数。
这种有效次数是将金属温差的波动循环次数乘以jb4732表3-4中所列的相应系数，再将所得次数相加而得到总次数；由热膨胀系数不同的材料组成的部件（包括焊缝），当（a1-a2）>△t>0.00034时的温度波动循环次数。
其中a1与a2是两种材料的平均膨胀系数，△t为工作时温度总波动范围。
计算上述工况的总循环次数。
3.其它因素
包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计循环次数，不超过jb4732附录c的疲劳曲线中，以设计温度下材料的设计应力强度sm的3倍作为sa所查得的循环次数；正常工作时的预计压力循环范围不超过（p/3）（sa/sm）。
在正常工作及启动与停车过程中，任何相邻两点之间的温度不超过sa/2ea；正常工作过程中，任意相邻两点间温度差的波动范围不超过sa/2ea；对于用弹性摸量和（或）热膨胀系数不同的材料制成的部件，在容器正常工作下的温度波动总代数值范围不超过sa/[e1a1—e2a2]；机械载荷的波动范围规定为由此而引起的应力范围不超过sa。
计算上述工况总循环次数。
4.设计寿命计算
将不作疲劳设计所允许的次数（按jb4732规范取1000次）除
以通过以上的条作计算出的总循环次数，得出的数值就是考虑疲劳作用工况下的设计使用寿命。
设计使用寿命=1000/容器总循环次数。
5.结论
压力容器的设计使用寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，当超过压力容器的设计使用寿命时应采取必要的措施，如经常测量厚度和缩短检验周期等。
压力容器的设计使用寿命是一个复杂的问题，涉及到材料的选用、腐蚀基础数据的选取以及结构设计等一系列因素。
参考文献
[1]《压力容器安全技术监察规程》问答中国化工装备协会
[2]马丽娟. 超高压容器损伤自增强的应力分析[d]大庆石油学院， 2008 .
[3]孙立德. 运用连续损伤理论对结构损伤分析和寿命预测的研究[d]大连理工大学， 2004.。