1前言

耐壓試驗是壓力容器檢驗檢測的一個重要手段，在我國現(xiàn)有的壓力容器安全性檢驗工作中占有重要的地位。我國《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》(1999版)（以下簡稱《容規(guī)》）明文規(guī)定對于容積大于5000L帶夾套搪玻璃設(shè)備應(yīng)逐臺進行內(nèi)筒及夾套的耐壓試驗，并規(guī)定耐壓試驗壓力必須符合圖樣的要求且不小于1.25倍設(shè)計壓力。

然而搪玻璃反應(yīng)釜廣泛用于強酸、強堿等強腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，其耐腐蝕性能取決于搪玻璃層的致密性和完整性，較高的耐壓試驗壓力是否會造成搪玻璃這種很度脆性材料出現(xiàn)微裂紋等損傷而影響其使用壽命，一直為搪玻璃反應(yīng)釜制造廠和用戶所關(guān)注。

文中通過應(yīng)力計算和試驗分析，結(jié)果表明：將耐壓試驗壓力確定為1.25倍設(shè)計壓力并不足以對搪玻璃層造成直接的損傷。

2搪玻璃反應(yīng)釜耐壓試驗情況的現(xiàn)狀

對一些規(guī)模較大的搪玻璃容器制造廠家進行了調(diào)研，其中大多數(shù)搪玻璃反應(yīng)釜制造廠對內(nèi)筒設(shè)計壓力0.6MPa以上以及中壓帶夾套的搪玻璃反應(yīng)罐和容積在10m3以上的大規(guī)格搪玻璃儲罐，均按照《容規(guī)》的要求執(zhí)行了耐壓試驗，但對于內(nèi)筒設(shè)計壓力Q6MPa以下的帶夾套的搪玻璃反應(yīng)罐，并沒有嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的耐壓試驗的檢驗要求。

企業(yè)方面認(rèn)為：一方面，考慮到搪燒過程有可能出現(xiàn)的失穩(wěn)，一般搪玻璃反應(yīng)釜筒體厚度遠大于其設(shè)計厚度；另一方面，搪玻璃反應(yīng)釜大多具有攪拌功能，在出廠時按設(shè)計壓力進行運轉(zhuǎn)試驗和密封試驗。因此沒有必要再一味強調(diào)進行耐壓試驗。

3搪玻璃試樣拉伸試驗

為了確切地認(rèn)知耐壓試驗對搪玻璃層產(chǎn)生的影響，同時觀察搪玻璃的試樣在受不斷增大的拉伸載荷時的失效過程，文中設(shè)計進行了搪玻璃試樣的拉伸試驗。

3.1試驗的設(shè)計

試樣為板條型標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，試樣的幾何尺寸根據(jù)GB/T228—2002《金屬室溫拉伸試驗方法》進行選取，并在不同的搪玻璃反應(yīng)釜制造廠按其正常的搪燒工藝進行搪燒，試樣的幾何尺寸如圖1所示，試樣同時具有不同的試板厚度和搪玻璃層厚度，如表1所示。

試驗的拉伸速率是影響試驗效率和觀察效果的關(guān)鍵因素，經(jīng)過多次試?yán)?，本次試驗確定的加載速率根據(jù)不同的鋼板厚度分別取0.4和Q25kN/s，試驗在多功能拉伸試驗機MTS-880上進行，試驗的具體操作步驟參照GB/T228-2002的規(guī)定執(zhí)行。

3.2試驗結(jié)果

本次試驗獲得了大量的數(shù)據(jù)、圖片和影像資料，受文章篇幅所限不能詳細列出，其中圖2給出了典型的試樣拉伸過程的視頻截圖。

雖然各廠家均采用相同牌號的材料制備試樣，但由于材料的生產(chǎn)廠家不同，材料的物理力學(xué)性能是不一樣的，因此在統(tǒng)計試驗結(jié)果的時候，本文主要考察的是搪玻璃層崩潰時拉應(yīng)力與材料實測的屈服應(yīng)的比值。

舍棄3個不合理的試驗結(jié)果，圖3給出了剩余27個試樣搪玻璃層崩潰時拉應(yīng)力分布的情況其中橫坐標(biāo)為搪玻璃層崩潰時試樣的拉伸應(yīng)力與試樣實測屈服應(yīng)力的比值，縱坐標(biāo)為統(tǒng)計的試樣數(shù)目。從圖中可以看出，搪玻璃層崩潰時的拉伸應(yīng)力與實測屈服應(yīng)力十分接近，其值約在實測屈服應(yīng)力值的87.44%～109.60%之間，又為材料說明書所標(biāo)定的屈服應(yīng)力的8742%～127.46之間。

3.3試驗結(jié)果分析

通過對本次試驗過程的觀察，如圖2所示，經(jīng)過進一步分析和研究，有如下的發(fā)現(xiàn)：

（1)搪玻璃層崩潰應(yīng)力與生產(chǎn)廠家的工藝水平和材料質(zhì)量水平有關(guān)，一般同一生產(chǎn)采用相同批次材料的試樣的試驗結(jié)果十分接近。

(2)搪玻璃層崩潰應(yīng)力與搪玻璃層的厚度有關(guān)，同一組試樣當(dāng)中，搪玻璃層較厚的試樣崩潰時的應(yīng)力值明顯高于較薄的試樣。

（3）搪玻璃層的破裂速度很快，一旦出現(xiàn)起裂點，搪玻璃層即會在短時間內(nèi)迅速崩潰，這也證明了搪玻璃層脆性很大的特點。

（4)煨據(jù)觀察的結(jié)果，搪玻璃層的破裂往往是分層破裂，即往往是搪玻璃層的表層先破裂，隨著載荷的進一步加大，底層才進一步崩潰，因此證明搪玻璃層崩潰的原因并不取決于搪玻璃層和筒體的貼合界面的失效，而是由搪玻璃層本身很大的脆性所決定。

(5)從圖3中可以看出：搪玻璃層崩潰時的應(yīng)力水平與材料的屈服應(yīng)力大致相當(dāng)，從而證實了液壓試驗本身并不會先于設(shè)備簡體對搪玻璃層產(chǎn)生破壞性影響。

（6）搪玻璃層崩潰的起裂點往往不是位于試樣較終斷裂的頸縮區(qū)域，而是位于應(yīng)力情況較為復(fù)雜的試樣兩端，因此可以確定搪玻璃層的崩潰不僅與應(yīng)力的大小有關(guān)，也與應(yīng)力的方向有關(guān)，顯然搪玻璃層在受多向應(yīng)力時更易受到損傷乃至崩潰。

4搪玻璃反應(yīng)釜應(yīng)力分析

典型的搪玻璃反應(yīng)釜通常由內(nèi)筒和夾套組成，由于夾套內(nèi)同樣存在有壓力載荷，因此夾套與內(nèi)筒聯(lián)接處的應(yīng)力情況復(fù)雜，產(chǎn)生應(yīng)力集中的可能性非常大。為了確切了解此部位應(yīng)力集中的情況，文中利用ANSYs有限元分析工具對典型帶夾套搪玻璃反應(yīng)器進行應(yīng)力強度分析，模擬中建立的是夾套與內(nèi)筒聯(lián)接處的局部簡化模型。

本例中取材于某公司DN3000的搪玻璃夾套反應(yīng)器，并根據(jù)設(shè)計圖紙及《容規(guī)》的規(guī)定，選取內(nèi)筒和夾套的耐壓試驗壓力都為0.81MPa。

根據(jù)模擬計算的結(jié)果，耐壓試驗的情況下此部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象十分明顯，但其值遠小于材料的屈服強度值，圖4給出了該模型有限元計算結(jié)果的VONMise應(yīng)力云圖。

因此根據(jù)本文對搪玻璃試樣的拉伸試驗結(jié)果，在《容規(guī)》規(guī)定的耐壓試驗壓力下對該設(shè)備進行耐壓試驗，并不足以對設(shè)備本身的搪玻璃層造成損害。

5討論與總結(jié)

事實上國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對水壓試驗壓力的規(guī)定是類似的，主要的差別往往體現(xiàn)在對系數(shù)取值的不同。在《容規(guī)》的基礎(chǔ)上，我國相關(guān)的行業(yè)部門也正在力圖對搪玻璃設(shè)備水壓試驗壓力進行研究和修正。

GB/T7994-2005《搪玻璃水壓試驗方法》是我國較近出臺的一部有關(guān)搪玻璃設(shè)備水壓試驗的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)。GB/T7994-2005根據(jù)《容規(guī)》(1999版)的規(guī)定，在GB/T7994-1987的基礎(chǔ)上進行了一些修訂，其對水壓試驗壓力的規(guī)定如表2所示。顯然，與《容規(guī)》（1999版）相比，GB/T7994-2005并沒有從本質(zhì)上對耐壓試驗壓力進行修改，只是明確了簡體與夾套須采用不同的試驗壓力計算方法。

歐美國家也有著相似的規(guī)定，ASME(2004)強制性附錄27《搪玻璃容器的另一種要求》274“耐壓試驗”特別的規(guī)定：搪玻璃容器的液壓試驗壓力至少應(yīng)等于（但不必很過）容器銘牌上規(guī)定的較大許用工作壓力值；搪玻璃容器的夾套液壓試驗壓力至少應(yīng)等于（但不必很過）夾套上。規(guī)定的較大許用壓力值。

由于在對帶夾套的搪玻璃反應(yīng)罐的設(shè)計方案中，考慮到搪燒時的簡體變形，設(shè)計時內(nèi)筒壁厚一般遠大于設(shè)計壁厚，因此ASME所規(guī)定的耐壓試驗壓力遠大于我國《容規(guī)》（1999版）的規(guī)定，證明我國當(dāng)前對搪玻璃設(shè)備耐壓試驗壓力的規(guī)定是較為保守的。

6結(jié)論與展望

針對搪玻璃設(shè)備制造企業(yè)對現(xiàn)有液壓試驗規(guī)范的疑問，文中通過一系列研究工作認(rèn)為：我國現(xiàn)行的檢驗標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對于搪玻璃設(shè)備的液壓試驗壓力的規(guī)定，并不是造成搪玻璃容器在試驗中多次損害的直接原因，且是保守的。

實際上在液壓試驗中也并未大量出現(xiàn)過因液壓試驗本身而產(chǎn)生的簡體搪玻璃層的損壞情況，只是試驗過程中的一些人為動作，諸如：緊固夾頭裝夾等，常常會損傷搪瓷面，造成設(shè)備功能完整性的缺失，從而導(dǎo)致經(jīng)濟損失。因此進一步嚴(yán)格規(guī)范搪玻璃設(shè)備的水壓試驗的步驟，提高試驗人員的業(yè)務(wù)水平是解決當(dāng)前制造企業(yè)擔(dān)憂的有效手段。