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

　　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、应对策略和办法

　　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。

四、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。