摘要:筆者根據(jù)自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)闡述了機(jī)械工業(yè)行業(yè)發(fā)展將呈現(xiàn)分化趨勢。對(duì)機(jī)械設(shè)備故障問題進(jìn)行了探討，提出一些問題供大家參考.
　　關(guān)鍵詞:化工設(shè)備，壓力容器，故障分析
　　1前言
　　我國化工廠現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備中，大多采用高強(qiáng)度金屬材料，大型構(gòu)件在使用某些新工藝的情況下，有時(shí)會(huì)在應(yīng)力低于流動(dòng)極限時(shí)發(fā)生低應(yīng)力斷裂的現(xiàn)象，或在交變應(yīng)力作用下，雖然脈沖拉伸的最大應(yīng)力很低，但其使用壽命比傳統(tǒng)疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命小得多。分析表明，構(gòu)件的整體斷裂是由于其原有宏觀裂紋的擴(kuò)展而造成的。在金屬加工工藝中，裂紋或缺陷是不可避免的，而傳統(tǒng)的材料力學(xué)在應(yīng)力計(jì)算中，認(rèn)為介質(zhì)是連續(xù)的，對(duì)裂紋導(dǎo)致的斷裂缺乏規(guī)律性的分析。
　　2化工設(shè)備（ChemicalEquipment）
　　化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所用的機(jī)器和設(shè)備的總稱。化工生產(chǎn)中為了將原料加工成一定規(guī)格的成品，往往需要經(jīng)過原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和精制等一系列化工過程，實(shí)現(xiàn)這些過程所用的機(jī)械，常常都被劃歸為化工設(shè)備。化工設(shè)備通常可分為兩大類：
　　①化工機(jī)器。指主要作用部件為運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各種過濾機(jī)，破碎機(jī)，離心分離機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯、攪拌機(jī)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)以及流體輸送機(jī)械等。
　　②化工設(shè)備。指主要作用部件是靜止的或者只有很少運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各種容器（槽、罐、釜等）、普通窯、塔器、反應(yīng)器、換熱器、普通干燥器、蒸發(fā)器，反應(yīng)爐、電解槽、結(jié)晶設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、吸附設(shè)備、流態(tài)化設(shè)備、普通分離設(shè)備以及離子交換設(shè)備等。化工機(jī)械的劃分是不嚴(yán)格的，一些流體輸送機(jī)械（如泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等）在化工部門常被稱作化工機(jī)械，但同時(shí)它們又是各種工業(yè)生產(chǎn)中的通用機(jī)械。近代化工設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，除了依賴于機(jī)械工程和材料工程的發(fā)展外，還與化學(xué)工藝和化學(xué)工程的發(fā)展緊密相關(guān)。
　　化工產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，在很大程度上取決于化工設(shè)備的完善程度，而化工機(jī)械本身的特點(diǎn)必須能適應(yīng)化工過程中經(jīng)常會(huì)遇到的高溫、高壓、高真空、超低壓、易燃、易爆以及強(qiáng)腐蝕性等特殊條件。近代化學(xué)工業(yè)要求化工機(jī)械：①具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全可靠性。②在一定操作條件下（如溫度、壓力等）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。③具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。④密封性好。⑤高效率和低能耗。
　　工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。為了與一般容器(常壓容器)相區(qū)別，只有同時(shí)滿足下列三個(gè)條件的容器，才稱之為壓力容器：
　　（1）最高工作壓力（Pw）大于等于0.1Mpa(不含液體靜壓力,下同);
　　（2）內(nèi)直徑(非賀形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容積(V)大于等于0.25m3;
　　（3）盛裝介質(zhì)為氣體液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體.
　　壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。
　　3為了使機(jī)械設(shè)備的故障診斷更加完善，人們必須應(yīng)用斷裂力學(xué)的有關(guān)知識(shí)對(duì)構(gòu)件的安全進(jìn)行分析計(jì)算。下面列舉3個(gè)應(yīng)用斷裂力學(xué)進(jìn)行安全評(píng)定的實(shí)例：
　　實(shí)例1：計(jì)算壓力容器的允許疲勞壽命某合金壓力容器，內(nèi)徑D=508mm，壁厚￡=25．4mm。工作壓力從零到20．7MPa交替變化，材料流動(dòng)限σ8=448MPa，斷裂韌度Kmc=38．5MNm-3/2，疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展規(guī)律為da/dN=0．763×1O．10-10(△Km)3。經(jīng)探傷發(fā)現(xiàn)沿軸向有深2．5mm，長10mm的表面淺裂紋。試按壽命安全系數(shù)nN=3計(jì)算該容器的允許疲勞壽命。
　　解：(1)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子K1該裂紋可近似視為半無限體內(nèi)的表面半橢圓淺裂紋，考慮平面應(yīng)力塑性區(qū)，K1的修正表達(dá)式為：
　　
　　根據(jù)σ/c=2.5/5查資料表21—1序號(hào)16中的E(k)表，得E(k)=1．2111
　　當(dāng)P=20．7MPa時(shí)，容器最大環(huán)向拉應(yīng)力=207MPa。將以上各值代入(1)式得：
　　
　　所以，容器在20．7MPa的壓力下，有足夠的安全儲(chǔ)備。
　　(2)求臨界裂紋深度a
　　交變應(yīng)力幅最大環(huán)向應(yīng)力σA=σmax=207MPa臨界裂紋深度ac，為：
　　
　　(3)求疲勞壽命N
　　
　　該容器的允許使用壽命[N]為：[N]=N／nk=7097／3=2365次
　　實(shí)例2：判斷構(gòu)件的安全性鋼板條寬度為40mm，厚度為5mm，其上有一長度為4mm的穿透板厚的邊裂紋，裂紋與板條側(cè)邊垂直如圖示。鋼材流動(dòng)極限σs=500MPa，斷裂韌度Kl=110MNm-3/2。若板條受軸向拉力P=60kN，判斷斷此構(gòu)件是否安全。
　　
　　解：考慮塑性松馳后等效裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子為：
　　
　　該構(gòu)件有一定量的安全儲(chǔ)備，可繼續(xù)使用一段時(shí)間。
　　3結(jié)語
　　隨著化工機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，國家總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了巨大進(jìn)步，但是化工機(jī)械對(duì)地球資源、能源等消耗過快、過多，環(huán)境污染極為嚴(yán)重，人類健康受到危害，而且也付出了沉痛的環(huán)境代價(jià)和昂貴的化工機(jī)械研制成本代價(jià)。因此我國化工裝備行業(yè)應(yīng)建立現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)體系，推廣產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，促進(jìn)石油化工裝備產(chǎn)品升級(jí)換代。