问题1：压力容器的设计寿命

一、设计寿命和使用寿命

设计寿命是指容器预期达到的使用寿命。《固定式压力容器安全技术监察规程》规定压力容器设计总图上应标明压力容器设计使用年限（疲劳容器标明循环次数）。

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。

正常情况下具体的预期实际使用年限应当由设计委托方

（用户）以书面形式向设计单位提出，设计者再根据使用年限和介质对设备的腐蚀速率确定腐蚀裕量。现实情况，一般是设计者给定设计寿命，所以：腐蚀裕量=年腐蚀速率×设计年限。

二、设计寿命的确定

容器设计寿命的确定，一般应考虑以下因素：

1.选用适宜的材料及结构设计；

2.合理的腐蚀裕量；

3.限制蠕变(高温工况）或疲劳的可能性；

4.容器建造的费用；

5.装量的更换周期等。

推荐的容器设计寿命如下：

1.一般容器、换热器：10年

2.分馏塔类、反应器、高压换热器：20年

3.球形容器：25年

4.重要的反应容器（如厚壁加氢反应器、氨合成塔等）：30年

对于进行疲劳分析设计的容器，应在设计图样中注明设计寿命期间内交变载荷的循环次数。

三、腐蚀裕量

不需要考虑腐蚀裕量的情况：

1.介质对不锈钢无腐蚀作用时；

2.有可靠耐腐蚀衬里材料的基体材料；

3.法兰的密封表面；

4.管壳式换热器的换热管、拉杆、定距管、折流板；

5.用涂漆可有效防止环境腐蚀的容器外表面及其外部构件；

6.塔盘板、填料等。

考虑腐蚀裕量的原则：

1.与工作介质接触的筒体、封头、接管、人（手）孔及内部元件等均应考虑腐蚀裕量；

2.工艺系统专业或工程设计文件中对腐蚀裕量有专门规定或实际使用经验的，按规定和经验选取；

3.有均匀腐蚀的容器，应根据预期的使用寿命和介质对金属材料的腐蚀速率的乘积确定腐蚀裕量；

4.还应考虑介质对容器壳体或元件的冲蚀、磨损及局部腐蚀的影响；

5.两侧同时与介质接触的元件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，两者叠加后作为该元件的总腐蚀裕量。

问题2：压力容器失效模式有哪些？

压力容器的失效是损伤积累到一定程度，容器的强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态。那么损伤是怎么产生的呢？其实损伤是一个过程，容器在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，材料性能下降、结构不连续或承载能力下降，这便是损伤。发生损伤后不一定失效，而发生失效则一定存在损伤。

失效模式是压力容器的设计基础，设计方法（准则）必须针对失效模式，压力容器设计的第一步骤就应该是确定容器有可能发生的失效模式；对于第III类压力容器，设计时还要求出具包括主要失效模式、风险控制等内容的风险评估报告。另外对压力容器检验结果的评价，也是建立在失效模式的基础上。

ISO关于失效模式的分类

正在制定的压力容器国际标准ISOBoilersandpressurevessels综合世界主要工业国家的技术标准，参照欧洲标准的内容，针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在标准中将失效模式归纳为三大类、14种，明确了针对失效模式的设计理念。

第一大类：短期失效模式

1）脆性断裂

容器没有明显的塑性变形，且器壁中的应力值远远小于材料的强度极限甚至低于材料的屈服极限而发生的断裂。脆性断裂的主要原因在于材料的脆化（材料选择不当、材料加工工艺不当、应变时效、运行环境恶劣）和材料本身的缺陷。

2）韧性断裂

在压力等荷载作用下，产生的应力值达到或接近器壁材料的强度极限而发生的断裂。通常碳钢压力容器的韧性断裂的主要原因是壁厚过薄（设计壁厚不足和厚度因腐蚀而变薄）、内压过高或选材不当、安装不符合安全要求。

3）超量变形引起的接头泄漏

容器的各种接口密封面失效或胀接管口松动发生泄漏而引起的失效，泄漏介质可能引起燃烧、爆炸和中毒事故，并造成严重的环境污染。

4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性断裂

5）弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）

在压应力作用下，压力容器突然失去其原有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效。容器弹性失稳的一个重要特征是弹性挠度与载荷不成比例，且临界压力与材料的强度无关，主要取决于容器的尺寸和材料的弹性性质，但当容器中的应力水平超过材料的屈服点而发生非弹性失稳时，临界压力还与材料的强度有关。

2.2第二大类：长期失效模式

1）蠕变断裂

压力容器在高温下长期受载，随着时间增加材料发生缓慢的塑性变形，塑性变形经长期积累而造成厚度明显减薄或鼓胀变形，最终导致容器断裂。压力容器发生蠕变时，一般壁温达到或超过其材料熔化温度的25%～35%。蠕变断裂的变形量取决于材料的韧性，断裂时的应力值低于材料使用温度下的强度极限。

2）蠕变-在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递

3）蠕变失稳

随着时间的推移逐渐积累的变形为蠕变变形，蠕变变形发展到一定程度会出现蠕变失稳。

4）冲蚀、腐蚀

压力容器材料在腐蚀介质作用下，如碳钢罐，因均匀腐蚀导致壁厚减薄及材料组织结构改变或局部腐蚀造成的凹坑，使材料力学性能降低，容器承载能力不足而发生的断裂。压力容器腐蚀机理有化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀形态有均匀腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、氢腐蚀、双金属腐蚀等。

5）环境助长开裂，如应力腐蚀开裂、氢开裂等

2.3第三大类：循环失效模式

1）扩展性塑性变形

2）交替塑性

3）弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹塑性应变疲劳（低周疲劳）

4）环境助长疲劳

GB-对于失效模式的考虑经过多年的时间和参照国际上同类标准的技术内容，GB-《压力容器》在技术内容中直接和间接考虑了如下失效模式，并针对所考虑的失效模式确定了相应的设计准则和强度理论：

脆性断裂：通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和检验要求、以及结构形式要求，防止脆性断裂的发生；

韧性断裂：通过材料选用要求、结构强度设计方法、许用应力规定，防止韧性裂的发生；

接头泄漏：通过法兰设计方法和特殊密封结构的设计方法，结构要求以及对密封垫片和螺柱、螺母的要求，防止接头泄漏的发生；

弹性或塑性失稳：通过外压结构设计方法防止整体失稳；

通过局部局部的应力分析和评定，控制局部塑性失稳；

蠕变断裂：通过限制材料使用温度范围控制蠕变断裂发生腐蚀是压力容器的最常见失效模式，但在不同的工程应用中差别极大，不可能在标准中进行规定，因此GB规定了由设计人员全面考虑腐蚀失效模式，并在选择材料、结构设计、腐蚀防护等方面采取措施，保证容器的设计寿命。