2021年, 第38卷, 第10期　
刊出日期：2021-10-30

  

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专题报告
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  我国压力容器高性能制造技术进展

  陈学东, 范志超, 崔军, 陈永东, 章小浒, 程经纬

  压力容器. 2021, 38(10): 1-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.001

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  压力容器作为承压类特种设备，其高性能制造涵盖了产品全生命周期，是反映压力容器本质安全性、工艺适用性、产品绿色性和智能性等综合性能指标的制造模式。本文简要回顾了“十三五”以来我国压力容器设计制造与维护技术进展，包括标准体系建设、基于风险与寿命的设计制造、在役长周期安全保障等，面向“十四五”和2035远景目标以及制造强国、质量强国和碳达峰、碳中和重大部署，提出了我国压力容器高性能制造技术发展面临的若干需求与挑战。
试验研究
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  高真空多层绝热低温容器绝热夹层真空度对内容器压升率的影响

  石顺宝, 陈叔平, 朱鸣, 金树峰, 吴宗礼, 马晓勇, 高靖辉

  压力容器. 2021, 38(10): 16-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.002

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  绝热夹层真空度、初始充满率对低温容器压升率会产生影响，通过搭建试验平台，测试并分析了绝热夹层真空度为0.001，1，100，1 000 Pa及初始充满率为30%，50%，70%时内容器压力、温度的变化规律。结果表明：初始充满率一定时，压升率随真空度的降低而增大，内容器气相空间温度随真空度的下降而升高，当初始充满率为50%时，绝热夹层真空度为1 000 Pa时的压升率分别是100，1，0.001 Pa的1.36倍、2.66倍、5.27倍；绝热夹层真空度一定时，压升率随初始充满率的增加而增大，当绝热夹层真空度为1 Pa时，初始充满率为70%时的压升率分别是50%，30%的1.51倍、1.95倍。
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  15MnNiNbDR低温压力容器用钢生产工艺与组织性能

  邢梦楠, 胡昕明, 白玉璞, 欧阳鑫, 王储, 贾春堂

  压力容器. 2021, 38(10): 23-27,46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.003

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  为进一步获得具有优良低温性能和高强度级别的低合金钢，通过合理优化成分设计、加热制度、控轧控冷以及热处理工艺，开发出在低温条件下具有良好的低温韧性、焊接性能以及高强度级别的15MnNiNbDR低合金钢。结果表明，低温压力容器用低合金钢15MnNiNbDR化学成分简单且合理，钢质纯净度高，强韧性匹配良好，低温性能优异，能够满足石化领域相关低温设备设计要求，具有良好的使用前景与经济价值。
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  自动焊在役焊接熔池结构参数预测及试验研究

  温晓峰

  压力容器. 2021, 38(10): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.004

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  近年来，我国新建的天然气干线均采用高钢级、大口径管道，钢级、管径大幅提高，导致修复管件安装时焊接充填量剧增，若仍采用传统手工焊，由修复周期大幅增长所导致的经济损失和社会影响不可估量。如何结合自动焊工艺快速确定施焊内压，使之最大限度供气的同时，实现缺陷管段的高质量快速修复，成为亟需解决的问题。选取中俄东线南段管道工程∅1 219 mm×18.4 mm，∅1 219 mm×22 mm，∅1 219 mm×27.5 mm的X80级管道，采用非线性瞬态有限元方法，综合考虑管材和天然气热物理性能参数，建立自动焊在役焊接热场分析模型，确定了焊接熔池结构参数，验证性试验结果显示其具有一定保守性。在此基础上，考虑不同地区设计系数，采用等效缺陷法确定了自动焊工艺条件下的容许施焊内压，分析结果可为工程施工提供参考。
设计计算
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  考虑残余应力的弹塑性断裂参量计算方法

  陈明亚, 向文欣, 祁爽, 高红波, 宁方卯, 王永刚, 邵春兵, 师金华, 彭群家, 张国栋

  压力容器. 2021, 38(10): 35-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.005

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  核电厂承压设备的断裂安全性能评价中均要求考虑焊接或矫形过程形成的残余应力（RS）的影响，但如何快速、可靠地计算复杂载荷下裂纹前沿的弹塑性断裂参量，一直是工程中的技术难点。针对材料拉伸性能符合R-O关系的结构，基于英国R6规范的双参数失效评定图（FAD）技术，采用理论推导的方法，提出一种线弹性断裂参量应力强度因子（SIF）的塑性修正方法。该方法在理论基础方面优于现有RCC-M和ASME规范中对SIF直接塑性修正的方法。分析案例表明，焊接和矫形过程形成的RS对结构断裂性能存在明显影响。
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  近门槛值区疲劳裂纹扩展行为的神经网络预测方法

  樊子枫, 朱明亮, 轩福贞

  压力容器. 2021, 38(10): 40-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.006

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  近门槛值区的疲劳裂纹扩展行为对结构损伤容限设计至关重要，然而数据获取耗时费力，发展简捷精准的预测方法一直是人们的追求。以CrNiMoV钢为对象，在掌握疲劳裂纹扩展参数之间关系基础上构建神经网络模型，通过比较神经网络预测与Zhu-Xuan理论模型结果，分析神经网络方法的预测精度和能力。研究表明，神经网络方法可以快速有效地获取近门槛值区疲劳裂纹扩展行为，低应力比R时Zhu-Xuan模型预测精度优于神经网络，高应力比R时神经网络方法预测效果较好；预测未知R下近门槛值区裂纹扩展行为时，神经网络方法误差较大。
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  三层U形波纹管疲劳寿命影响因素分析

  张祖铭, 李亮, 于文峰, 梁晓东, 卢衷正, 王旭

  压力容器. 2021, 38(10): 47-52,65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.007

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  利用ANSYS在考虑材料弹塑性、边界条件非线性、几何非线性的情况下，对某三层U形波纹管的疲劳寿命进行了预测计算；对比分析有限元分析结果与理论公式计算结果，说明有限元分析方法的可行性。针对波纹管的结构参数分别选取不同数值，并结合有限元模拟计算结果，在保证波纹管稳定性的前提下，发现该三层U形波纹管可通过适当增加波高、波数，减小波距、单层壁厚等调整其结构参数的方法来提高整体的疲劳寿命。
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  腐蚀管道极限弯矩计算的理论和方法

  李思源, 李逸轩

  压力容器. 2021, 38(10): 53-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.008

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  对在内压、轴向力和弯矩联合作用下的腐蚀管道，建立极限弯矩的工程计算方法。将腐蚀管道简化为n级对称等深减薄管道，简称为n级减薄管道。应用塑性屈服准则，导出了n级减薄管道横截面弯曲压缩侧的轴向极限应力和弯曲拉伸侧的轴向极限应力；分别按两种工况，利用横截面轴向载荷的平衡方程式，应用筛选方法确定n级减薄管道横截面的塑性中性轴，推导出n级减薄管道在联合载荷作用下的极限弯矩计算公式；建立了n级减薄管道极限弯矩计算理论，提出了腐蚀管道极限弯矩的工程计算方法。n=2通常称为等深减薄管道，其极限弯矩可以作为腐蚀管道极限弯矩下限值；当n比较大时，用工程计算方法计算的极限弯矩值更接近腐蚀管道的极限承载力。
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  AP1000堆芯补水箱硼化补水对平衡管疲劳影响的评估

  庄亚平, 戴翔, 李帅帅

  压力容器. 2021, 38(10): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.009

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  在正常运行期间，AP1000堆芯补水箱（CMT）完全充满高浓度硼水，通过入口平衡管与一回路相通，由于其上部取样口位置靠近接管嘴，定期监督取样发现硼浓度频繁低于要求而需要硼化补水。通过在入口三通管安装临时仪表，监测发现补水期间CMT入口平衡管三通处出现热分层，表明补水对三通的疲劳寿命产生影响。采取了提高CMT硼浓度上限和降低取样口位置的优化改进措施，疲劳监测系统评估表明，改进后疲劳使用因子增加速度显著降低，即使考虑冷却剂环境影响，寿期内的累积使用因子仍满足疲劳限值要求。
标准规范
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  聚乙烯管道无损检测技术标准进展

  施建峰, 冯颖, 陶杨吉, 郑津洋, 梁琳

  压力容器. 2021, 38(10): 66-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.010

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  介绍了包括超声相控阵检测、超声脉冲回波检测、超声衍射时差检测及微波检测在内的聚乙烯管道无损检测技术及标准，通过对比国内外相关标准规定的聚乙烯管道检测范围、检测参数与扫查方法，以及对应的检测结果图谱等，指出超声相控阵检测是当前适用范围较广、检测缺陷类型较多的聚乙烯管道无损检测技术。针对聚乙烯管道无损检测技术研究与标准应用中存在的不足，建议建立统一的聚乙烯管道电熔和热熔接头无损检测技术标准体系，完善聚乙烯管道安全评价方法，构建材料-焊接-检测多个环节协同化的聚乙烯管道无损安全保障技术。
制造与安装
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  斜45°全位置自动TIG焊接设备研制及应用

  王彦坤, 刘万存, 肖鹏, 高永光

  压力容器. 2021, 38(10): 76-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.011

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  在重型石化压力容器制造过程中，针对斜接管与不锈钢衬管焊接中存在衬管孔径小、坡口与衬管法兰端面距离大，以及现场焊接时斜接管与水平呈45°和施焊空间受限等问题，研制出一种斜45°全位置自动焊接设备。通过电气控制实现焊接无限转动和弧压自动跟踪等功能，同时开发出斜45°全位置TIG焊接工艺。现场焊接结果表明，此焊接设备性能稳定，控制精度可靠，获得良好成型和焊接质量。
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  蒸汽发生器防振条错位问题的探讨

  韩同行, 姜峰, 莫少嘉

  压力容器. 2021, 38(10): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.10.012

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  为了对国内核电厂蒸汽发生器役前检查发现的防振条错位问题进行合理、有效处理，同时为防振条设计及组装工艺改进提供指导，通过对蒸汽发生器防振条产生错位产生的原因进行分析，以及根据传热管涡流检查信号和防振条设计参数将防振条错位问题量化，进而评估防振条错位对蒸汽发生器运行产生的影响，结合国内外蒸汽发生器运行实践及经验制定合理的防振条错位处理标准。研究结果可为国内主流55/19B型蒸汽发生器防振条错位问题的处理提供参考，为防振条设计及制造的改进提供思路。