承压设备合于使用评价.ppt

《承压设备合于使用评价.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《承压设备合于使用评价.ppt（78页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、承压设备合于使用评价,邵珊珊 压力容器事业部2015年6月 北京,主要内容,弹性设计方法：GB150、ASME V-1,设计：以弹塑性理论为依据,大型化,复杂化,高参数化,分析设计方法：JB4732、ASME V-2 基于塑性（极限载荷、安定性理论）与疲劳设计理论。,基本假设：材料均匀、连续、各向同性。,概述,不满足标准要求：修理或更换。 存在的问题： 返修带来的安全不确定因素； 没有办法修； 经济性与安全性等。,承压设备设计标准：质量控制,不足： 建立在一定经验的基础上或建立在一定假设条件的 前提下； 设计时没有考虑承压设备存在缺陷的可能性。,概述,概述,基本假设：材料均匀、连续、各向同性,

2、高强度材料的采用 设备或部件在低温和腐蚀环境中服役， 不可避免的产生一些缺陷或损伤 ,断裂力学,“合乎使用”准则,根据承压设备的结构、材料特性操作条件、缺陷性质和大小，根据断裂力学理论进行分析。,概述,在对缺陷或损伤进行定量检测的基础上，通过严格的理论分析与计算，确定缺陷或损伤是否危害结构的安全可靠性，并基于缺陷或损伤的动力学发展规律研究，确定结构的安全服役寿命。,合于使用评价 Fitness For Service,概述,TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程 7.7 合于使用评价 安全状况等级定为4级并且监控期满的压力容器，或者定期检验发现严重缺陷可能导致停止使用的压力

3、容器，应当对缺陷进行处理，缺陷处理的方式包括采用修理的方法消除缺陷或者进行合于使用评价。TSG D0001-2009压力管道安全技术监察规程工业管道 第一百二十二条 全面检验所发现的管道严重缺陷，使用单位应当制定修复方案。修复后，应当对修复部位进行检查确认；对不易修复的严重缺陷，也可采用安全评定的方法，确认缺陷是否影响管道安全运行到下一全面检验周期。,二、法规标准和合于使用评价,在用工业管道定期检验规程（试行）第四十条 可以采用如下方法对在检验中发现的超标缺陷进行处理： (一)修复处理消除缺陷；(二)采用安全评定的方法，确认缺陷是否影响管道安全运行到下一检验周期。,TSG R7001-2013

4、压力容器定期检验规则第五十条 安全状况等级定为4级并且监控期满的压力容器，或者定期检验发现严重缺陷可能导致停止使用的压力容器，应当对缺陷进行处理，缺陷处理的方式包括采用修理的方法消除缺陷或者进行合于使用评价。负责压力容器定期检验的检验机构应当根据合于使用评价报告的结论和其他定期检验项目的结果综合确定压力容器的安全状况等级、许用参数和下次检验日期。,二、法规标准和合于使用评价,固定式压力容器安全技术监察规程 6.10 超设计年限使用的压力容器 对于已经达到设计使用年限的压力容器，或者未规定设计使用年限，但是使用超过20年的压力容器，如果要继续使用，使用单位应当委托有资格的特种设备检验检测机构对其

5、进行检验（必要时按照本规程7.7的要求进行合于使用评价），经过使用单位主要负责人批准后，方可继续使用。,二、法规标准和合于使用评价,在用工业管道定期检验规程（试行）第四十四条 管道位置不当或不合理结构，安全状况等级划分如下：,(二)不合理结构 管道有不符合安全技术规范或者设计、安装标准的不合理结构时，应进行调整或修复，调整或修复完好后，不影响定级；如一时无法进行调整或修复，对于不承受明显交变载荷并且经全面检验未发现新生缺陷(不包括正常的均匀腐蚀)的，可定为2级或3级；否则，应对管道进行安全评定，经安全评定确认不影响安全使用的，则可定为2级，反之则可定为3级或4级。,二、法规标准和合于使用评价,

6、在用工业管道定期检验规程（试行）第四十八条 若管道组成件的内外表面或管壁中存在裂纹，则应打磨消除或更换，打磨凹坑按第四十七条的规定进行定级。在特殊情况下，一时无法进行打磨消除或更换的，需通过安全评定确定管道的安全状况。 第五十一条 管道支吊架异常时，应进行修复或更换，修复或更换完好后，不影响定级；如一时无法进行修复或更换的，则应对管道进行应力分析或安全评定，应力分析或安全评定结果如不影响安全使用的，则可定为2级，反之则可定为3级或4级。,二、法规标准和合于使用评价,固定式压力容器安全技术监察规程 7.7 合于使用评价 合于使用评价工作应当符合以下要求： (1)承担合于使用评价的检验机构须经过国

7、家质检总局批准；(2)压力容器使用单位向批准的检验机构提出进行合于使用评价的申 请，同时将需评定的压力容器基本情况书面告知使用登记机关； (3)压力容器的合于使用评价参照GB/T 19624在用含缺陷压力容器安全评 定的要求进行，承担压力容器合于使用评价的检验机构，应当根据缺 陷的性质、缺陷产生的原因，以及缺陷的发展预测在评价报告中给出明 确的评定结论，说明缺陷对压力容器安全使用的影响；,二、法规标准和合于使用评价,固定式压力容器安全技术监察规程 7.7 合于使用评价 (4)并且经过检验机构法定代表人或者技术负责人批准。承担压力容器合于 使用评价的检验机构应当对缺陷评定结论的正确性负责。 (5

8、)负责压力容器定期检验的检验机构根据合于使用评价报告的结论和其他 检验项目的检验结果确定压力容器的安全状况等级，允许运行参数和下 次检验日期，并且出具检验报告； (6)使用单位将压力容器合于使用评价的结论报使用登记机构备案，并且严 格按照检验报告的要求控制压力容器的运行参数，加强年度检查。,二、法规标准和合于使用评价,起始时间：20世纪60年代后期理论基础：断裂力学原则：合于使用含义：在对缺陷进行定量检测的基础上，通过严格的理论分析与计算，确定缺陷是否危害结构的安全可靠性，并基于缺陷的动力学发展规律研究，确定结构的安全服役寿命。规范: ASME锅炉及压力容器规范第卷“核动力装置部件”附录G“防

9、止非延性破坏”和第卷“核电站部件使用中的监察规程”附录A“缺陷显示的分析”(1971年),三、合于使用评价技术发展历程,1975年 国际焊接学会（IIW） IIS/IIW-471-74“按脆断破坏观点建议的缺陷评定方法”1976年 日本焊接协会WSD WES 2805“按脆断评定的焊接缺陷验收标准”1977年 英国中央电力研究所GEGB R/R/R6“含缺陷结构完整性评定”1980年 英国标准协会BSI PD6493“焊接缺陷验收标准若干方法指南”1982年 美国电力研究院（EPRI） “含缺陷核容器及管道完整性评定方法”1984年 德国焊接协会（DVS） “焊接接头缺陷的断裂力学评定”198

10、4年 中国机械工程学会压力容器分会、中国化工学会机械与自动化分会 CVAD-84“压力容器缺陷评定规范”,按照理论基础，合于使用评价方法大体可以分为四类：以美国ASME的标准为代表，以线弹性断裂理论为基础的评定方法；以英国BSI PD6493-80为代表，按裂纹张开位移COD弹塑性断裂准则，采用COD设计曲线为基础的评定方法；以英国CEGB1986年发布的R6为代表，采用失效评定图技术为基础的评定方法；以美国电力研究院EPRI工程方法为代表，以J积分理论为基础的评定方法。,三、合于使用评价技术发展历程,国际上得到较好的工程验证并普遍采用的FFS标准/规范：API 579-1/ASME FFS-

11、1 合于使用评价(2007年)R6含缺陷结构完整性评定(2001年，第四版)/R5高温下结构相应的评定规程（2003年，第三版）BS 7910金属结构中缺陷验收评定方法导则（2005年）SINTAP欧洲工业结构完整性评定方法（1999年，目前已被FITNET代替）RCC-MR 快中子反应堆设计标准（2002年，附录A16）含缺陷平板蠕变疲劳裂纹扩展的简化算法（2003年，日本核燃料再循环开发机构（JNC）,我国合于使用标准：CVDA-84压力容器缺陷评定规范SAPV-95压力容器安全评定规范GB/T 19624-2004在用含缺陷压力容器安全评定,三、合于使用评价技术发展历程,规范性附录：缺陷

12、干涉、材料性能数据、载荷比、应力强度因子、压力管道平面缺陷和体积缺陷的评定方法 资料性附录：应力腐蚀和高温蠕变环境对安全评定的影响、平面缺陷的分析评定方法,1 范围2 规范性引用文件3 术语、定义与符号共有8个附录,4. 总论5 断裂与塑性失效评定6 疲劳失效评定,四、在用含缺陷压力容器安全评定,超标缺陷超过制造或验收标准及法规、规章所规定的容许尺寸的缺陷。平面缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、深度大于等于1mm的咬边等。体积缺陷：凹坑、气孔、夹渣、深度小于1mm的咬边等。,四、在用含缺陷压力容器安全评定,合于使用评价的主要内容：评价对象的状况调查（历史、工况、环境等）缺陷检测、缺陷成因分析失效模式

13、判断材料检验（性能、损伤与退化等）应力分析必要的实验与计算综合分析和评价,四、在用含缺陷压力容器安全评定,四、在用含缺陷压力容器安全评定,平面缺陷断裂评定（三级）： 裂纹、未熔合、未焊透、深度大于等于1mm的咬边等。,平面缺陷断裂评定（三级）：简化评定：COD设计曲线法常规评定：通用失效评定图分析评定：J积分理论,四、在用含缺陷压力容器安全评定,平面缺陷断裂评定步骤：判断失效模式缺陷表征材料性能数据确定应力分析评定计算安全性评价,四、在用含缺陷压力容器安全评定,（表面缺陷、埋藏缺陷、穿透缺陷）,四、在用含缺陷压力容器安全评定,失效模式判断断裂失效塑性失效疲劳失效 依据同类压力容器或结构的失效分

14、析和安全评定案例与经验、对被评定的压力容器或结构的具体的制造和检验资料、使用工况以及对缺陷的理化检验和物理诊断结果，且对可能存在的腐蚀、应力腐蚀、高温蠕变环境等对失效模式和安全评定的影响也予以充分的考虑。,四、在用含缺陷压力容器安全评定,缺陷的规则化与尺寸表征,表面缺陷,埋藏缺陷,平面环向缺陷,四、在用含缺陷压力容器安全评定,平面环向缺陷,缺陷的规则化与尺寸表征,四、在用含缺陷压力容器安全评定,材料性能数据确定 按有关标准和附录B的规定。应充分考虑材料性能数据的分散性，并按偏保守的原则确定所需的材料性能数值。实测数据（有使用经验的压力容器常用钢材）标准或资料中的数据；考虑温度和服役期间材料性能

15、的退化效应，表面缺陷应考虑环境介质的影响；应考虑被评定部位材料的化学成分、冶金和工艺状态；非均质焊接接头部位应考虑局部显微组织对断裂韧度等数据的影响。,四、在用含缺陷压力容器安全评定,应力分析应力分类：一次应力、二次应力 分类规则：JB 4732钢制压力容器分析设计标准由于管系的热膨胀在接管处引起的应力，按一次应力考虑；焊接产生的残余应力，按二次应力考虑；由错边、角变形、局部厚度差所引起的局部应力，按二次应力考虑；由壁温温度差或材料热膨胀系数不同引起的热应力，按二次应力考虑应力确定：不含缺陷结构，线弹性计算，主应力。,评定计算（常规评定）断裂比Kr： （附录D）载荷比Lr：附录C安全性评价,四

16、、在用含缺陷压力容器安全评定,四、在用含缺陷压力容器安全评定,体积缺陷的安全评定凹坑评定限定条件,四、在用含缺陷压力容器安全评定,体积缺陷的安全评定凹坑评定限定条件,体积缺陷的评定步骤凹坑缺陷表征、材料性能数据确定G0的计算和免于评定的判别（G00.1）塑性极限载荷和最高容许工作压力的确定 带凹坑缺陷容器最高容许工作压力：安全性评价,四、在用含缺陷压力容器安全评定,体积缺陷的安全评定气孔和夹渣评定限定条件,四、在用含缺陷压力容器安全评定,体积缺陷的安全评定气孔和夹渣气孔免评条件a）气孔率不超过6%；b）单个气孔的长径小于0.5 ，并且小于9mm。夹渣免评条件,四、在用含缺陷压力容器安全评定,表

17、征为平面缺陷进行评价，表面缺陷也可打磨成凹坑后进行评价。,含缺陷压力容器安全评定案例分析,压力管道承受的载荷：内压管道自重管系温差引起胀缩产生的热载荷主要应力：轴向应力主要缺陷：以焊接缺陷为主（如未熔合、未焊透、气孔、夹渣等）失效形式：以延性失效为主（材料韧性好，管壁薄易变形），也可能产生脆断。,四、在用含缺陷压力管道安全评定,管道内介质和管系附件等的重量支撑和强制安装所产生的附件弯矩,评价对象：压力管道直管段附录G：平面缺陷 U因子工程评定方法（仅适用于环向缺陷，轴向缺陷按照含缺陷压力容器的安全评定方法进行）附录H：体积缺陷免评条件极限载荷法（内压+弯矩）对于埋藏的气孔、夹渣等，可以表征为埋

18、藏平面缺陷，按照附录G重新评价,四、在用含缺陷压力管道安全评定,U因子工程评定方法（平面环向缺陷）：借鉴美国ASME锅炉与压力容器规程第XI篇IWB3640及附录C的管道评定思路，以裂纹起裂为失效判据，同时可完成含环向平面缺陷压力管道起裂和塑性失效。特点：可用于任何应力-应变关系、任何断裂韧度的材料，可自由选定安全系数，通过查表和简单的运算完成复杂载荷（拉压、弯、扭和内压组合）下的含环向平面缺陷的压力管道的安全评定。,四、在用含缺陷压力管道安全评定,评价程序缺陷部位管道尺寸的确定；缺陷的规则化与尺寸表征；应力的计算；材料性能数据确定；,四、在用含缺陷压力管道安全评定,平面环向缺陷评定U因子工程

19、评定方法,起裂时载荷比的确定；U因子的计算；许用流变应力比的确定；安全性评定。, 应力的计算 根据管系应力分析确定缺陷处管道横截面的弯矩MB、拉力N和内压p，按下式计算评定所需的轴向膜应力m及弯曲应力BRi管道内径R 平均半径B 壁厚,四、在用含缺陷压力管道安全评定,平面环向缺陷, 材料性能数据确定特殊规定a）材料拉伸性能：对焊缝取母材与焊缝材料二者的较低值。b）评定用材料断裂韧度的下限值(JIC)下限可取1.1AKV(夏比V型缺口冲击功)，对未焊透缺陷可取2.2AKV，也可根据评定者过去使用该种材料的历史经验决定。c）在缺乏在役材料的AKV数据的情况下，如评定者能判断该材料适用于压力管道，在

20、使用状况下无脆化倾向，使用温度不低于韧脆转变温度，则在评定计算时可取压力管道材料容许的最低值AKV27J。,四、在用含缺陷压力管道安全评定,平面环向缺陷, 材料性能数据确定特殊规定d) 在使用上述断裂韧度值进行评定不能获得保证安全的结论时，可通过实物取样实测AKV值或断裂韧度值，重新评定。e）断裂韧度JIC的测定：对大直径的厚壁管，可按本标准的有关规定进行(附录B CTOD+J积分）；对小直径的薄壁管，在取样不能满足测试试件厚度要求时，可用该管材制备周向穿透裂纹的管段试件在四点弯曲加载下进行实测 。f）评定计算用KC值，可由JIC值按下式进行估算：,以应力强度因子表示的断裂韧度：,四、在用含缺

21、陷压力管道安全评定,平面环向缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 起裂时载荷比的确定 计算 ，并根据 、缺陷无因次长度 和相对深度a/B值，由表G.1查得 值。 U因子值的计算 U1时，取U=1 许可流变应力比 的确定 由缺陷尺寸 值及a/B值，由表G.2 查得 。,平面环向缺陷, 安全性评价 如果下式所表述的判据成立，则评定结论为安全或可以接受；否则为不能保证安全或不可接受。,四、在用含缺陷压力管道安全评定,平面环向缺陷,体积缺陷评定塑性极限载荷理论 无缺陷管道仅受内压时，极限内压为：只有弯矩作用时，极限弯矩为：,含缺陷管道,无量纲含缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压,无量纲含缺陷管道在纯弯

22、矩下的塑性极限内压,四、在用含缺陷压力管道安全评定,附录H 体积缺陷评价方法适用范围,四、在用含缺陷压力管道安全评定,体积缺陷评价程序：缺陷部位管道尺寸的确定；缺陷的规则化；材料性能数据的确定；无缺陷管道在纯内压或纯弯矩下的塑性极限载荷的确定；免于评定的判别；典型工况载荷组合的确定与缺陷处弯矩的计算；含缺陷管道在纯内压和纯弯矩下的塑性极限载荷的确定；安全性评价。,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 缺陷的规则化（1）壁厚局部减薄缺陷的规则化 根据其实际位置、形状和尺寸，按图H.1所示，将其规则化为轴向半长A、环向半长B、深度C的表面缺陷。其中，C取实测最大减薄深度与至下一检验周期末体积缺陷扩展量

23、之和。（2）未焊透缺陷的规则化 根据其实际位置、形状和尺寸，按图H.2 所示，将其规则化为轴向半长A、环向半长B、深度C的表面缺陷。,四、在用含缺陷压力管道安全评定,体积缺陷, 缺陷的规则化（3）气孔、夹渣缺陷的规则化按：分别用气孔率和夹渣长度进行表征。,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 缺陷的规则化（3）气孔、夹渣缺陷的规则化 如表征后的气孔、夹渣缺陷不能通过附录H的免于评定判断，则应根据其实际位置、形状和尺寸，按图H.3所示，将其规则化为轴向半长A、环向半长B、深度C的表面缺陷，若能够获得可靠的缺陷自身高度H值，则C=H，否则可近似取C=2A。,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安

24、全评定,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 缺陷规则化尺寸的无量纲处理,体积缺陷, 材料性能数据的确定屈服强度取下屈服点或0.2条件屈服强度。焊接热影响区的拉伸性能取母材和焊缝金属中的较低值。按下述规定确定材料的流动应力：其中，焊接接头系数按管道实际设计制造要求选取，也可参照压力管道或压力容器的有关标准偏保守地选取。,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 无缺陷管道塑性极限载荷的确定仅受内压时，极限内压为：只有弯矩作用时，极限弯矩为：,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 免于评定的判别,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 典型工况载荷组合的确定与缺陷处弯矩的计算纯内压下的塑

25、性极限内压 纯弯矩下的塑性极限弯矩 ,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定, 安全性评价根据管道实际操作情况，确定相应的内压P，通过管系内力分析的有限元法或其他有效可靠的方法求得弯矩M。如果下式成立，则该缺陷是安全或可以接受的；否则，认为不能保证安全或不可接受。对于气孔、夹渣等埋藏型体积缺陷，如未能通过附录H所规定的安全评定计算，可将其表征为埋藏平面缺陷并按附录G重新进行评定。,体积缺陷,四、在用含缺陷压力管道安全评定,含缺陷压力管道安全评定案例分析,五、承压设备合于使用评价,合金800H的表面蠕变裂纹,换热器膨胀节在水压试验时发生低温脆断,氢鼓包,加氢裂化装置加氢反应产物出料空冷后管道发

26、生内壁鼓包，鼓包部位已出现裂纹,五、承压设备合于使用评价,焦炭塔裙座上的鼓胀,原油储罐充装管线某弯头焊缝上的疲劳裂纹,焦炭塔裙座与筒体连接部位发生了开裂,脱乙烷塔的外壁隔热层下腐蚀,碳钢锅炉管内壁碱腐蚀形成的碱槽,奥氏体不锈钢换热管束内壁点蚀坑带,合成氨的汽化炉内壁耐火砖脱落后导致热流窜入急冷室，发生过热鼓凸,某减压塔检修期间发生FeS自燃，筒体变形,容检规中与设备安全状况等级评定相关的缺陷或损伤：焊接缺陷：未熔合、未焊透、气孔（圆形缺陷）、夹渣等腐蚀减薄：均匀腐蚀（强度校核）、局部腐蚀（凹坑评价）、 点蚀等超过设计标准的错边、棱角度（应力分析）材质劣化：应力腐蚀、晶间腐蚀、表面脱碳、渗碳、石

27、墨化、蠕变、回火脆化、高温氢腐蚀等机械损伤（打磨消除）裂纹疲劳,变形（查明原因）鼓包（查明原因）夹层,五、承压设备合于使用评价,承压设备合于使用评价,2013年7月国标委批准立项（计划编号：20130192-T-469）主要内容（参考API 579并结合国内已有科研成果）： 金属损失的通用评价方法 局部减薄评价 点蚀评价 机械损伤评价 错边、棱角度和壳体变形评价 火灾损伤评价 蠕变损伤评价 基本覆盖容检规和管检规中出现的缺陷类型。,附录A 蠕变数据附录B 脆性断裂评价附录C 疲劳免评条件附录D 断裂韧性数据附录E 腐蚀疲劳评价,2015年6月12日，江苏南京市化工园区德纳化工厂环氧乙烷装置发生

28、爆炸起火，并引燃周边三个醇类储罐。,2015年4月6日，漳州古雷的腾龙芳烃二甲苯装置发生漏油着火事故，引发装置附近中间罐区三个储罐爆裂燃烧。,五、承压设备合于使用评价,火灾损伤评价（三级）：a）1级评价：筛选评价方法。当部件在火灾中所处的热暴露区等级对部件材质不会造成损伤时，可免予评价，继续服役。b）2级评价：通过对火灾部件的金相组织、硬度及尺寸变化的检测，来评价火灾后部件的结构完整性，包括对火灾期间部件产生的其他缺陷和损伤的评价。2级评价一般用于位于级（425-730）和更高级热暴露区内（730以上），或目视发现明显变形的部件的评价。c）3级评价：用于第2级评价法无法执行或者通不过的情况。

29、3级评价主要采用直接火灾部件取样进行力学性能试验，或依据火灾热暴露温度、时间、灭火方式对火灾损伤部件相同材料进行热处理模拟试验，并对热处理试样进行力学性能测试，以消除2级评价的保守性。,五、承压设备合于使用评价,火灾基本信息收集：a）火源位置，火灾发生时的风向；b）火灾时间；c）燃烧物的性质（包括但不限于闪点、着火点、自燃温度、熔点、沸点、分子式、燃烧极限）；d）火灾发生前或发生时设备的温度、压力和安全阀泄放数据；e）消防水炮和胶皮管用水的位置、流向以及类型；f）灭火方式；g）灭火时间。,五、承压设备合于使用评价,火灾热暴露区划分,五、承压设备合于使用评价,火灾损伤评价1级评价,五、承压设备合

30、于使用评价,火灾损伤评价2级评价a）对承压设备进行宏观检验和必要的无损检测；b）对承压设备进行硬度和金相检验及评价；c）确定火灾后承压设备的许用应力；d）进行强度校核；e）如果发现火灾后承压设备还存在其他类型损伤，应根据其他章节规定的方法进行评价。,硬度抗拉强度许用应力nh由硬度转换得到的抗拉强度在强度校核时的安全系数。,五、承压设备合于使用评价,火灾损伤评价3级评价 从火灾部件上直接取样（包括微试样）进行力学性能测试，或依据火灾热暴露温度、时间、灭火方式对火灾损伤部件相同材料进行热处理模拟试验，并对热处理试样进行力学性能测试。,五、承压设备合于使用评价,火灾损伤评价案例分析,安全Security,责任Responsibility,诚信Integrity,发展Developing,谢 谢！,