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(dòng)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(dòng)論的建立，加劇了溫度和能量問(wèn)的聯(lián)系。

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

對于高溫壓力容器，其高溫的定義來(lái)源于材料的高溫特性。在線(xiàn)彈性變形階段，給定一個(gè)載荷總可以得到一個(gè)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，變形仍將繼續增加。這樣一個(gè)溫度稱(chēng)為蠕變溫度。
蠕變是材料溫度激化的結果，因此蠕變強度對溫度的依賴(lài)性是不言而喻的。一般認為蠕變發(fā)生與否，與金屬的熔點(diǎn)Tm有關(guān)，粗略地可根據工作溫度是否大于0 . 5 Tm進(jìn)行判斷，實(shí)際合金則多在(0.4~ 0.6)Tm 之間。

當工作溫度大于0.5Tm 時(shí)，即使應力小于材料屈服限，蠕變也會(huì )發(fā)生。而當工作溫度小于0.5Tm 時(shí)，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(jiàn)下表：.

金屬的熔點(diǎn)與蠕變溫度：

由于材料的短時(shí)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(wú)嚴格的界限。但是， 是否考慮蠕變因素，對結構設計方法的要求則不同，因此大多設計規范以是否進(jìn)入蠕變溫度為界限。

高溫結構設計的重要性

目前已有許多成熟的和正在發(fā)展中的高溫過(guò)程工藝，無(wú)論是在役高溫設備的安全可靠運行，還是新工藝的實(shí)現，均有賴(lài)于科學(xué)的高溫結構設計理論。各種工藝過(guò)程的溫度與壓力如下圖所示。

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

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

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

由于經(jīng)濟、政治、環(huán)境等因素的限制，新廠(chǎng)的建設漸少，進(jìn)入設計壽命期的工廠(chǎng)在今后將不斷增加。但簡(jiǎn)單地淘汰老廠(chǎng)的做法已無(wú)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(chǎng)的潛力，使之能繼續運行20 ~40 年。

近20 年來(lái)，工業(yè)發(fā)達國家投入了大量的人力物力，致力于高溫設備壽命預測技術(shù)的研究。這些研究進(jìn)而又促進(jìn)了高溫結構設計理論的發(fā)展。