高溫的定義

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是分子熱運動平均功能的標志。和溫度直接相關(guān)聯(lián)的物理概念是能量的概念。分子運動論的建立，加劇了溫度和能量問的聯(lián)系。

工業(yè)革命使化石能源的使用量加劇，也同時密切了能源和機械動力間的關(guān)系，其中溫度就在這期間擔當了一個非常重要的角色：即能源和動力間的轉(zhuǎn)換。在能源和石油化工等領(lǐng)域，為了提高能源轉(zhuǎn)換和物質(zhì)化學轉(zhuǎn)化效率，工業(yè)裝置的工作溫度不斷提高。
從瓦特時代（1765 年）略高于100℃的蒸汽溫度，發(fā)展到現(xiàn)代超臨界參數(shù)發(fā)電的600.℃ 、乙烯裂解的1100℃ 、軍用航空發(fā)動機的渦輪前溫度1800℃ 等。對工業(yè)裝備的設(shè)計制造與運行維護提出了越來越高的要求。

對于高溫壓力容器，其高溫的定義來源于材料的高溫特性。在線彈性變形階段，給定一個載荷總可以得到一個固定的變形值，但若材料在較高溫度下拉伸，則將發(fā)生蠕變變形，即使該載荷維持不變，變形仍將繼續(xù)增加。這樣一個溫度稱為蠕變溫度。
蠕變是材料溫度激化的結(jié)果，因此蠕變強度對溫度的依賴性是不言而喻的。一般認為蠕變發(fā)生與否，與金屬的熔點Tm有關(guān)，粗略地可根據(jù)工作溫度是否大于0 . 5 Tm進行判斷，實際合金則多在(0.4~ 0.6)Tm 之間。

當工作溫度大于0.5Tm 時，即使應力小于材料屈服限，蠕變也會發(fā)生。而當工作溫度小于0.5Tm 時，若要產(chǎn)生蠕變變形，應力必須接近或者大于材料的屈服限。不同的材料有不同的蠕變溫度，見下表：.

金屬的熔點與蠕變溫度：

由于材料的短時拉伸特性、疲勞特性等均隨溫度的升高而逐漸降低，因此對于何種溫度下的壓力容器為高溫壓力容器并無嚴格的界限。但是， 是否考慮蠕變因素，對結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的要求則不同，因此大多設(shè)計規(guī)范以是否進入蠕變溫度為界限。

高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

目前已有許多成熟的和正在發(fā)展中的高溫過程工藝，無論是在役高溫設(shè)備的安全可靠運行，還是新工藝的實現(xiàn)，均有賴于科學的高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。各種工藝過程的溫度與壓力如下圖所示。

各種工藝過程的溫度與壓力
可以看出，技術(shù)的進步也體現(xiàn)在溫度與壓力的突破。由于現(xiàn)代強度理論和先進計算工具的出現(xiàn)，針對高壓的設(shè)計知識已相對完備，人們已可以較少地擔憂高壓所帶來的威脅。

然而在高溫下構(gòu)件的變形與損傷是依賴于時間以及空間多軸應力狀態(tài)的復雜現(xiàn)象。在科學上，必須解決這樣的命題：利用較短時間內(nèi)(實驗時間<10000h) 獲得的知識去預測長時間下的效應(> 100000h) ，利用較小空間內(nèi)(實驗室試樣)獲得的知識去推斷大空間尺度下的行為(復雜結(jié)構(gòu)) ，這種雙重的復雜性大大地增加了人們進行破壞控制的難度。
在工程實際中，一方面要為新的高溫設(shè)備設(shè)計提供理論方法，確保設(shè)計是可靠和經(jīng)濟的，使高溫技術(shù)過程能夠得以實現(xiàn)；另一方面要為在役設(shè)備可靠和經(jīng)濟的運行提供保障技術(shù)。

在世界范圍內(nèi)，目前有大量的石油化工廠、發(fā)電廠是在20 世紀70~80 年代建造的，許多關(guān)鍵設(shè)備已超過了30 年的設(shè)計壽命。

由于經(jīng)濟、政治、環(huán)境等因素的限制，新廠的建設(shè)漸少，進入設(shè)計壽命期的工廠在今后將不斷增加。但簡單地淘汰老廠的做法已無法做到，因此各國政府和企業(yè)都希望能采用高新技術(shù)方法挖掘工廠的潛力，使之能繼續(xù)運行20 ~40 年。

近20 年來，工業(yè)發(fā)達國家投入了大量的人力物力，致力于高溫設(shè)備壽命預測技術(shù)的研究。這些研究進而又促進了高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展。