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帶夾套搪玻璃設備應逐臺進行內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倍設計壓力。

然而搪玻璃反應釜廣泛用于強酸、強堿等強腐蝕性介質環(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，一直為搪玻璃反應釜制造廠和用戶所關注。

文中通過應力計算和試驗分析，結果表明：將耐壓試驗壓力確定為1.25倍設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研，其中大多數(shù)搪玻璃反應釜制造廠對內筒設計壓力0.6MPa以上以及中壓帶夾套的搪玻璃反應罐和容積在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，但對于內筒設計壓力Q6MPa以下的帶夾套的搪玻璃反應罐，并沒有嚴格執(zhí)行相應的耐壓試驗的檢驗要求。

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

3搪玻璃試樣拉伸試驗

為了確切地認知耐壓試驗對搪玻璃層產生的影響，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，文中設計進行了搪玻璃試樣的拉伸試驗。

3.1試驗的設計

試樣為板條型標準拉伸試樣，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鍵因素，經(jīng)過多次試拉伸，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，但由于材料的生產廠家不同，材料的物理力學性能是不一樣的，因此在統(tǒng)計試驗結果的時候，本文主要考察的是搪玻璃層崩潰時拉應力與材料實測的屈服應的比值。

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

3.3試驗結果分析

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)搪玻璃層崩潰應力與生產廠家的工藝水平和材料質量水平有關，一般同一生產采用相同批次材料的試樣的試驗結果十分接近。

(2)搪玻璃層崩潰應力與搪玻璃層的厚度有關，同一組試樣當中，搪玻璃層較厚的試樣崩潰時的應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力水平與材料的屈服應力大致相當，從而證實了液壓試驗本身并不會先于設備簡體對搪玻璃層產生破壞性影響。

（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，而是位于應力情況較為復雜的試樣兩端，因此可以確定搪玻璃層的崩潰不僅與應力的大小有關，也與應力的方向有關，顯然搪玻璃層在受多向應力時更易受到損傷乃至崩潰。

4搪玻璃反應釜應力分析

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

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

根據(jù)模擬計算的結果，耐壓試驗的情況下此部位的應力集中現(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果的VONMise應力云圖。

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

5討論與總結

事實上國內外相關標準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)》的基礎上，我國相關的行業(yè)部門也正在力圖對搪玻璃設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搪玻璃設備水壓試驗的國家推薦標準。GB/T7994-2005根據(jù)《容規(guī)》(1999版)的規(guī)定，在GB/T7994-1987的基礎上進行了一些修訂，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罐的設計方案中，考慮到搪燒時的簡體變形，設計時內筒壁厚一般遠大于設計壁厚，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，證明我國當前對搪玻璃設備耐壓試驗壓力的規(guī)定是較為保守的。

6結論與展望

針對搪玻璃設備制造企業(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為：我國現(xiàn)行的檢驗標準和規(guī)范對于搪玻璃設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，造成設備功能完整性的缺失，從而導致經(jīng)濟損失。因此進一步嚴格規(guī)范搪玻璃設備的水壓試驗的步驟，提高試驗人員的業(yè)務水平是解決當前制造企業(yè)擔憂的有效手段。