外文翻譯--壓力容器技術(shù)進展

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英文原文 on of .S in N 13445 007 .S on of a . ow a of is an of of of as 1. 2. of 3. 4. 5. of 6. To in B. . n It is in as 2. is of by to In of of (1) of in 6528 of 4 ? at to or to or ? at or in of ? or at be in of ? at or 2)of or ? in ? by of ? of of of ? of (3) by (4) or be at be ? of of ? of of ? 5) n to of it is a to S 1 (2007 nb .5 2 (2007 nb .4 ]. of nb ], nb in .4 B 150 B 4732 be (6) ue n to C. of 1. by to of to to of by be in of be to of of 2. (1) to of by to of in of 2) to of in to of in to of 3) to to as as to of . 1) to of as as to in of to of (2) to of as of of to to on of (3) on to of of on of (4) to of of of , to in of to of to to up of 4. 1) to of of (2) To by to in 5. (1) to of of of (2) of to of of of as 6. 1) of of of on of (2)of as as as 7. To of To 中文譯文 壓力容器技術(shù)進展 摘 要：近期歐洲和美國相繼頒布了新的承壓設(shè)備標準，特別是在壓力容器領(lǐng)域，歐洲的]和美國的 007[2]全面整理和改編了原有的技術(shù)內(nèi)容，在大規(guī)模研究的基礎(chǔ)上提出了全新的壓力容器建造理念和設(shè)計方法。本文將簡要介紹目前壓力容器技術(shù)的 技術(shù)進展，同時討論我國壓力容器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向和需要深入研究的課題。 關(guān)鍵詞：壓力容器 技術(shù) 進展 一、 引言 世界已經(jīng)進入了經(jīng)濟全球化的發(fā)展時期，經(jīng)濟全球化的一個必然趨勢是標準的國際化。隨著國際資本進入中國建設(shè)大型工程裝置和國內(nèi)企業(yè)擴大生產(chǎn)裝置能力，國際化的工程項目給我國的壓力容器行業(yè)帶來了國際上最先進的技術(shù)和管理模式，已經(jīng)不可避免地給我國的壓力容器行業(yè)提出了國際競爭 ,建造大型和高參數(shù)壓力容器的機會與挑戰(zhàn)。 事實上這些裝置的建設(shè)需求是壓力容器行業(yè)發(fā)展的動力，是發(fā)展我國壓力容器行業(yè)的最好時機，也是和世界 先進技術(shù)和管理方式融合的最好時機。因此研究壓力容器建造技術(shù)和使用最先進的技術(shù)手段，提高國家的整體國際競爭力是目前行業(yè)關(guān)注的焦點。 壓力容器是一個涉及多行業(yè)、多學科的綜合性產(chǎn)品，其建造技術(shù)涉及到冶金、機械加工、腐蝕與防腐、無損檢測、安全防護等眾多行業(yè)。隨著冶金、機械加工、焊接和無損檢測等技術(shù)的不斷進步，特別是以計算機技術(shù)為代表的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在世界各國投入了大量人力物力進行深入的研究的基礎(chǔ)上，壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應的進展。為了生產(chǎn)和使用更安全、更具有經(jīng)濟性的壓力容器產(chǎn)品，傳統(tǒng) 的設(shè)計、制造、焊接和檢驗方法已經(jīng)和正在不同程度地為新技術(shù)、新產(chǎn)品所代替，而冶金、機械加工、焊接和無損檢測等壓力容器相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步，是壓力容器行業(yè)整體技術(shù)水平提高的前提條件。 技術(shù)發(fā)展的動力在于經(jīng)濟的競爭。經(jīng)濟全球化和激烈的競爭使得世界各國必須考慮壓力容器的安全性和經(jīng)濟性的和諧統(tǒng)一，因此新的設(shè)計、建造方法不斷出現(xiàn)，對壓力容器的技術(shù)研究也在不斷深入。 當前壓力容器技術(shù)的發(fā)展趨勢有如下特點： 1. 針對失效模式的設(shè)計方法； 2. 計算機技術(shù)的廣泛應用； 3. 更經(jīng)濟的設(shè)計、制造方法； 4. 體現(xiàn)綜合建造技術(shù)的技術(shù)要求； 5. 更廣的標準適 用范圍； 6. 謀求在國際貿(mào)易中的國家競爭力。 本文重點討論設(shè)計技術(shù)的進展，結(jié)合我國的現(xiàn)狀，提出關(guān)于標準技術(shù)的研究方向。希望行業(yè)內(nèi)能夠充分重視我國在設(shè)計技術(shù)上與先進國家的差距，提高設(shè)計水平，提高全行業(yè)的國際競爭力。 二、 壓力容器設(shè)計技術(shù)進展 1 、壓力容器用材料的技術(shù)進展 近年來壓力容器產(chǎn)品大型化、高參數(shù)化的趨勢日益明顯，千噸級的加氫反應器、二千噸級的煤液化反應器、一萬立方米的天然氣球罐、大直徑的長輸管線和超超臨界動力鍋爐等已經(jīng)在我國大量應用，壓力容器在電力、石油化工、核工業(yè)、煤化工等領(lǐng)域中的應用場合也日益苛刻。 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。 對此，各國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)進步表現(xiàn)在以下幾個方面： ? 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性能指標，提高了壓力容器的整體安全性。歐洲和我國的標準 0028、 713、 9189 都提出了更嚴格的要求； ? 新材料的不斷出現(xiàn)、復合材料的使用： 390定了復合增強材料容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計制造檢驗要求。但僅僅是不完整的設(shè)計方法，沒有包含任意纏繞角度的設(shè)計方法。 ? 材料的介質(zhì)適用性：針對各種腐蝕性介質(zhì)和操作工況，已研究開發(fā)出超級不銹鋼、雙相鋼、特種合金等金屬材料，使之適合各種應用條件，給設(shè)計者以更多選擇的空間，為長周期安全生產(chǎn)提供了保證； ? 材料的應用界限：針對高溫蠕變、回火脆化、低溫脆斷所進行的研究，規(guī)定材料的氣體含量、 J 系數(shù)、 X 系數(shù)，準確地給出材料的應用范圍。 ? 更高強度材料的應用：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 萬立方米原油儲罐、大口徑管線以及超高壓容器的選材問題。目前 σ b ≥ 800高強容器材料和 100 的高強管線用材料的應用正在引起國內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注。 ? 深入研究材料的適用范圍，如美國在確定材料低溫界限的研究中，利用材料的沖擊試驗取得的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，與斷裂力學的評價指標關(guān)聯(lián)，最終得到相對合理的材料低溫界限。 ? 為了進行計算機數(shù)值分析，提出了材料相關(guān)性能的數(shù)學表達關(guān)系，為今后的結(jié)構(gòu)數(shù)值分析奠定了基礎(chǔ)。 2、設(shè)計技術(shù)進展 現(xiàn)代的壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計正在逐步擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛， 體現(xiàn)真正滿足工藝要求的設(shè)計理念，追求實效性、安全性和經(jīng)濟性的和諧統(tǒng)一。在信息時代的今天，計算機技術(shù)應用已經(jīng)滲透到壓力容器行業(yè)的每一個領(lǐng)域。計算機軟、硬件的每一個進步都極大地影響著壓力容器行業(yè)的技術(shù)進展。 （ 1） 以失效模式為依據(jù)的設(shè)計方法： 6528[3]綜合世界主要工業(yè)國家的技術(shù)標準規(guī)定，參照歐洲標準的內(nèi)容，針對鍋爐和壓力容器常見的失效形式，在標準中將其歸類為三大類、 14 種失效模式，明確了針對失效模式的設(shè)計技術(shù)應用理念： 短期失效模式（ ? 脆性斷裂（ ? 韌性斷裂（ ? 超量變形引起的接頭泄露（ at to ? 超量局部應變引起的裂紋形成或韌性撕裂（ or to ? 彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)（垮塌）（ or 長期失效模 式（ ? 蠕變斷裂（ ? 蠕變 at or in of ? 蠕變失穩(wěn)（ ? 沖蝕、腐蝕（ ? 環(huán)境助長開裂如：應力腐蝕開裂、氫致開裂（ 循環(huán)失效模式（ ? 擴展性塑性變形 交替塑性 彈性應變疲勞（中周和高周疲勞）或彈 周疲勞） or ? 環(huán)境助長疲勞 于壓力設(shè)備標準，在確定設(shè)計準則和方法中至少要考慮如下失效模式： ? 脆性斷裂（ ? 韌性斷裂（ ? 接頭泄露（ at ? 彈性或塑性失穩(wěn)（ or ? 蠕 變斷裂（ （ 2） 復雜本構(gòu)關(guān)系和結(jié)構(gòu) 隨著計算機能力的飛速發(fā)展，壓力容器設(shè)計技術(shù)已經(jīng)可以解決具有高度復雜本構(gòu)關(guān)系或者復雜結(jié)構(gòu)的工程問題如： ? 各向異性的材料：復合材料、纖維纏繞容器； ? 結(jié)構(gòu)組合分析設(shè)計：法蘭、墊片和螺栓組成的密封結(jié)構(gòu)、多層殼體的接觸問題； ? 復雜結(jié)構(gòu)的曲屈和后屈曲：大型桿、殼組合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析； ? 組合結(jié)構(gòu)的動力響應：地震響應、管道振動，流體誘導振動等。 （ 3） 大規(guī)模數(shù)值分析 傳統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計 （ 已逐步過渡到計算機輔助工程 （ 。隨著計算機能力的不斷增強和分析手段的日 益多樣化，設(shè)計者在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就可以預見到諸如焊接過程中所產(chǎn)生的殘余應力、設(shè)備組裝和運輸過程中可能會出現(xiàn)的碰撞等問題，并在設(shè)計階段消除這些問題，分析設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)逐漸為設(shè)計者所掌握。 計算機硬件技術(shù)：技術(shù)發(fā)展方向的大型計算機、多 行計算系統(tǒng)。計算軟件全面發(fā)展，針對強度、變形、穩(wěn)定性、多物理場、流體、爆炸模擬仿真、碰撞模擬仿真等應用，出現(xiàn)了一批商業(yè)化的工程軟件。 現(xiàn)代軟件是集功能完整性、技術(shù)先進性與易學易用性于一體的高端通用機械分析軟件，以結(jié)構(gòu)力學分析為主，涵蓋線性、非線性、靜力、動力、疲勞、斷 裂、復合材料、優(yōu)化設(shè)計、概率設(shè)計、熱及熱結(jié)構(gòu)耦合、壓電等機械分析中幾乎所有的功能。在特種設(shè)備的強度分析方面應用廣泛，其中的電磁和聲學計算功能可用于特種設(shè)備的無損檢測方法仿真研究。 （ 4） 多物理場耦合分析 現(xiàn)代壓力容器需要精確地解決流體和固體之間的相互作用問題，同時熱分析和沖擊分析也是不可缺少的技術(shù)手段。所以也要解決如下問題： ? 流固耦合問題：大型容器、移動容器、管道內(nèi)流動 ? 多相流問題：鍋爐燃燒、流化床燃燒和反應 ? 傳熱和傳質(zhì)問題：板式換熱器、塔板效率、分配器效率 ? 沖擊載荷：水錘現(xiàn)象、撞擊 （ 5） 變設(shè)計安全系數(shù)的方法 為了增 加本國產(chǎn)品的競爭性，降低安全系數(shù)是目前世界各國和地區(qū)壓力容器標準的普遍傾向，美國（ 和歐洲統(tǒng)一壓力容器標準（正在制訂中）均降低了相應的安全系數(shù)，美國 007 將 n b 由 為 007 n b 由 為 ]，歐洲統(tǒng)一壓力容器標準的 n b 最小值為 我國新版容規(guī)將常規(guī)設(shè)計的安全系數(shù)由 ]，按分析設(shè)計方法設(shè)計的安全系數(shù) n b 由 為 相應的技術(shù)標準 將做出調(diào)整。傳統(tǒng)的降低安全系數(shù)的前提條件是： ? 結(jié)構(gòu)分析設(shè)計水平的提高； ? 制造經(jīng)驗的積累和制造技術(shù)水平的提高； ? 更嚴格的材料技術(shù)要求； ? 更科學的質(zhì)量保證體系。 在設(shè)計技術(shù)和制造水平協(xié)調(diào)一致的今天，研究成果已經(jīng)證實，安全系數(shù)的降低并不直接影響安全性。標準應該根據(jù)實際工況和設(shè)計條件的差異、設(shè)計計算的精確程度、材料、計算方法、制造質(zhì)量、檢驗的綜合可靠性，考慮風險工程的能量、后果、人的因素，確定相應的設(shè)計裕量。 （ 6） 安全理念所導致的結(jié)構(gòu)變化 現(xiàn)代壓力容器的設(shè)計不僅要考慮安全和滿足工藝要求，還要考慮環(huán)保和節(jié)約 資源的要求。 ? 突破傳統(tǒng)的埋地壓力容器 :設(shè)計壓力低、消防間距小、失效模式主要要考慮土壤腐蝕； ? 體現(xiàn)環(huán)保要求的雙層埋地容器，可以實現(xiàn)遠距離實時監(jiān)測； ? 由于高參數(shù)所研發(fā)的容器：復合材料、纏繞容器 三、 國際壓力容器標準技術(shù)發(fā)展趨勢 國際壓力容器標準技術(shù)的發(fā)展方向有以下特點： ? 趨同性：信息技術(shù)的高速發(fā)展，使世界范圍內(nèi)的先進技術(shù)迅速普及，圍繞壓力容器技術(shù)發(fā)展的技術(shù)標準也必然為技術(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。特別在設(shè)計方法、焊接和無損檢測等技術(shù)領(lǐng)域，統(tǒng)一要求的趨向明顯。國際標準化 組織正在深冷容器和移動容器以及承壓設(shè)備材料等方面開展工作，區(qū)域性的標準互認已經(jīng)開始。 ? 區(qū)域性：由于歷史的原因和貿(mào)易區(qū)域的原因，目前已經(jīng)形成了以北美國家、以日本為代表的亞洲國家所形成的 系和歐洲的 其協(xié)調(diào)標準體系的區(qū)域性格局。兩個體系的競爭日益激烈，目的在于占領(lǐng)國際市場份額。 ? 相容性：盡管世界上的各國的技術(shù)標準的技術(shù)內(nèi)容和具體技術(shù)指標不完全相同，但各國都把自己的標準與其它國家標準相容作為目標，以實現(xiàn)標準的互相認可和促進貿(mào)易的發(fā)展。 1999 年進行一個研究項目，對 行徹底分析，并將 設(shè)計、建造和行政管理的要求進行系統(tǒng)的比較，證明 準增加一些內(nèi)容以后就可以滿足 要求。法國和美國也在開展采用本國的壓力容器標準來滿足中國安全基本要求的研究工作。 ? 貿(mào)易性：標準是國際貿(mào)易規(guī)則的組成部分和貿(mào)易糾紛仲裁的重要依據(jù)，主宰國際標準將有利于獲得巨大的市場份額和經(jīng)濟利益實施國際標準化戰(zhàn)略的實質(zhì)是爭奪國際市場的控制權(quán)。 ? 經(jīng)濟性：技術(shù)標準的總體發(fā)展方向是降低安全系數(shù)、提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源和資源，實現(xiàn)產(chǎn)品安全和經(jīng)濟性的和諧統(tǒng)一。重點強調(diào)國家產(chǎn)品的國際競爭性。 四、 壓力容 器設(shè)計技術(shù)發(fā)展方向 在壓力容器設(shè)計技術(shù)高速發(fā)展的今天，我們必須充分認識我國的壓力容器設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀，從標準技術(shù)和裝備能力、綜合環(huán)境因素等方面系統(tǒng)分析和客觀評價我們的優(yōu)勢和劣勢，實現(xiàn)壓力容器產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)水平的國際化接軌。因此要重點解決如下問題： 1、 技術(shù)法規(guī)和技術(shù)標準之間的相互協(xié)調(diào)： 國家的技術(shù)法規(guī)是國家為保證壓力容器產(chǎn)品的安全而設(shè)立的強制性法規(guī)，在任何其管轄范圍內(nèi)的產(chǎn)品都必須遵守它的安全原則；技術(shù)標準應該是推薦性的，規(guī)定保證壓力容器安全所相應的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標，但標準所規(guī)定的技術(shù)指標應該符合技術(shù)法規(guī)的安全原則， 可以指導壓力容器的設(shè)計、建造、檢驗和驗收，是壓力容器產(chǎn)品建造和貿(mào)易中的技術(shù)評價平臺。因此，技術(shù)標準與技術(shù)法規(guī)應該是總體協(xié)調(diào)的。研究調(diào)整技術(shù)法規(guī)與技術(shù)標準之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，明確技術(shù)法規(guī)與技術(shù)標準的界定范圍。 2、 壓力容器材料基本性能研究： 1) 低溫沖擊性能 研究材料規(guī)格、熱處理狀態(tài)、厚度和應力狀態(tài)對材料低溫沖擊性能的影響規(guī)律，根據(jù)中國材料的特點，按斷裂力學的準則，提出中國技術(shù)標準中允許最低設(shè)計金屬溫度（ 確定方法，建立新的更為合理的低溫容器判據(jù)。 2) 外壓容器厚度計算圖 研究壓力容器常用材料的應力應變關(guān)系，建 立塑性階段材料切向彈性模量計算方法，給出外壓容器厚度計算圖。 3) 微試樣材料性能測試技術(shù) 建立微試樣測試中心，研究小沖桿試驗、微試樣試驗和試驗過程的可視化技術(shù)。為在用壓力容器的安全評定和壽命分析提供數(shù)據(jù)支持。 3、 壓力容器設(shè)計方法研究 1) 失效模式 研究壓力容器典型失效模式、機理和判據(jù)，建立基于失效模式的設(shè)計準則，保障壓力容器的本質(zhì)安全。 2) 基于失效模式的設(shè)計方法 綜合考慮熱載荷、機械載荷等多種載荷及其組合，針對總體塑性變形失效、漸增塑性變形失效、失穩(wěn)失效、疲勞失效和靜力平衡失效等五種主要失效模式，提出復雜結(jié)構(gòu)壓力容器 塑性跨塌載荷的數(shù)值計算方法 , 揭示局部失效應變與應力三軸度的關(guān)系，引入分安全系數(shù)，建立基于失效模式的壓力容器設(shè)計評價方法。 3) 基于泄漏率的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 研究大直徑高壓密封設(shè)計方法、密封結(jié)構(gòu)密封有效性的評價方法、基于泄漏率的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。 4) 全壽命壓力容器數(shù)字化設(shè)計方法 建立壓力容器仿真中心，通過結(jié)構(gòu)與材料特性模擬、耦合問題（流體 壤 流體等相互作用）模擬中關(guān)鍵問題的研究，將壓力容器設(shè)計從過去單純考慮正常使用情況，延伸到綜合考慮建造、生產(chǎn)、使用、維修、廢棄在內(nèi)的全壽命周期，確保壓力容器在全 壽命周期內(nèi)高效、安全地運行，提高承壓備創(chuàng)新設(shè)計能力和數(shù)字化技術(shù)水平，減少試驗次數(shù)，提高壓力容器開發(fā)速度。 4、壓力容器制造關(guān)鍵技術(shù)研究 1) 焊接 研究殘余應力預測和控制方法，以及缺陷檢測、評定和控制方法。 2) 熱處理 研究熱處理對材料和設(shè)備性能的影響規(guī)律，通過系統(tǒng)研究殘余應力的產(chǎn)生機理、測量方法和消除方法，建立熱處理效果的預測、檢測和評價方法。 3) 成形工藝研究 研究成形工藝對材料性能和壓力容器強度的影響規(guī)律，提出成形質(zhì)量要求和控制指標。 4) 檢測方法 重點研究超聲和電磁方法。 5、特種材料壓力容器研究 1) 復合材料壓力容器 研究復合材料性能、復合材料壓力容器設(shè)計和檢驗檢測方法 2) 特種材料壓力容器 研究雙相不銹鋼、鎳基合金、鋯、含氮不銹鋼等特材壓力容器的設(shè)計、熱處理、焊接、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和質(zhì)量控制技術(shù)。 6、基于失效模式的壓力容器檢驗 1) 高溫高壓容器復雜流動腐蝕預測、檢測方法研究 高溫高壓容器復雜流動腐蝕機理和預測方法、流動腐蝕實時診斷與監(jiān)管方法、基于流動腐蝕預測的定期檢測方案與方法的優(yōu)化技術(shù)。 2) 材料在高溫、高壓、多相流、中子輻照等極端服役條件下的材料性能劣化過程與規(guī)律、劣化機理、劣化的檢測以及壽命預測技術(shù)。 7、進一步研究 我國的材料技術(shù)指標、設(shè)計計算方法、制造檢驗要求，特別要進行基礎(chǔ)性能的積累和對比。爭取實現(xiàn)國際上的標準互認。 五、 結(jié)束語 技術(shù)發(fā)展是沒有止境的，通過不斷的借鑒和吸收國際先進技術(shù)，中國的壓力容器設(shè)計和建造技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)進入了一個高速發(fā)展的時期。我衷心地希望業(yè)內(nèi)的專家、學者認真地研究不斷出現(xiàn)的新技術(shù)，研究成果用于標準化工作，進而全面推進我國壓力容器行業(yè)的技術(shù)進步。 六、 參考文獻 [1] 002 (E) : 14, 2002. 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