摘　要:随着科学技术和工业生产的发展,压力容器使用范围日益广泛,作为多个工业行业的重要设备,对压力容器设备的安全评估与检测越来越受到重视。本文针对压力容器安全评估与检测,介绍了国内外在该领域的研究现状,提出了压力容器失效的主要原因及在该方面的检测方法。
关键词:压力容器;安全评估;失效;检测

压力容器是内部或外部承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的密封容器或管道。压力容器早期主要应用于化学工业,压力多在10MPa 以下。随着科学技术和工业生产的发展,压力容器的使用范围日益广泛。目前,压力容器已经成为化工、石油工业、冶金、原子能、宇航、海洋工程、轻工、纺织、食品、城建等各个行业中的重要设备,对国民经济的发展有着重要的影响。各类压力容器越来越多地在高温、高压、高真空、强腐蚀、辐射等各种苛刻的条件下操作,且现代化工业装置正逐渐向系统化、综合化方向发展。
因此,对压力容器设备结构技术上的要求越来越高,其完整性维护、安全评定工作的地位和作用越来越受到重视。加强压力容器安全与检测具有十分重要的意义,一直是从事安全工作的人员研究的重点课题。
1 　国内外研究现状
国内外科学家对各种金属构件在腐蚀环境下的断裂失效进行了多方面的研究,取得了丰硕的成果。早在20 世纪30 - 40 年代,国际上就开始了对概率安全评定(PSA) 的研究,在建立模型中考虑了参数的实际离散性。1980 年代后期,我国也开展了一些这方面的研究工作,取得了良好效果。
骆红云[1 ] 等选取了Q420 、Q345 、Q235 和ICrl8Ni9 等材料进行了国产压力容器用钢的概率失效评定曲线的研究。1971 年,美国公布了第一部以断裂力学为基础的压力容器缺陷评定规范。目前世界上已经有近十部压力容器缺陷评定规范或指导性文件。1980 年代以前,裂纹尖端位移量(COD) 设计曲线在压力容器缺陷评定标准中占有统治地位,但是COD 法本身有其固有的缺点,定义不严格,无力学解释,各国在应变测量时所取的标距也不一致,同一断裂试验所得的COD 设计曲线差别很大。
弹塑性分析中还有另一种方法J 积分,在数学、力学上都有非常严格的断裂力学参量,有着明确的物理意义,随着计算机技术的发展,各种基本的含缺陷结构的J 积分都可以计算。美国电力研究学会( EPRI) 提出的弹塑性断裂分析的工程方法,提供了各种含缺陷结构J 积分全塑性解的韧性断裂手册,解决了J 积分的工程计算题。
1980 年代后期,英国中央电力局(CEGB) 研究人员提出了利用R6 失效评定曲线来计算结构失效概率的方法,美国EPRI 的新R6 失效评定曲线是在英国老R6 失效评定曲线的基础上发展起来的,反过来又促进了老R6 曲线的发展。目前世界各国的缺陷评定标准均向R6 方法靠拢,相继采用失效评定图技术。
1999 年,欧洲委员会完成了欧洲工业结构性完整评定方法( FIN TAP) 。2000 年,美国石油学会颁布了针对在役石油化工设备的合乎使用的评定标准(APl579) 。一般产品的检维修周期是根据预测寿命确定的,但是压力容器和管道这样的特种设备,其检验计划是根据法规制定的。在这种按照事先规定的检验周期进行检修的情况下,简单的寿命预测已经无法保证压力容器的安全。对于石化行业里面的封闭的且打开和拆卸比较麻烦的结构部位,要求检修周期尽可能长一些,检测手段可以复杂一些。傅惠民[2 ] 等通过计算出指定寿命下允许的最大初始的裂纹尺寸,制定相应的最佳检测方案,防止超标裂纹出现和漏检的方案来保证压力容器安全。
目前,国内外主要针对特定的装置进行风险评估,或者对材料在某种介质下的特殊行为进行实验研究。基于弹塑性力学和断裂力学的含缺陷压力容器安全评估研究已经比较深入,在《压力容器安全技术监察规程》中也允许开展缺陷评定来处理一些存在难以消除的严重缺陷但又有使用价值的压力容器,但这是以牺牲安全为前提条件的,国内还有争议,西方国家官方也未认可,目前在国内尚处于控制使用,仅限于在大型关键和确需的前提下开展。