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标准《在用含缺陷容积式换热器安全评定》的特色和创新点综述

2021-07-08
云更新

  容积式换热器跟压力管道是存在潜在危险的特别承压设备,一旦产生或泄漏,就会造成灾害性事变。因此,确保此类设备的保险性,不仅对维护跟发展生产力存在重要的意思,而且对维护社会安定跟增进改革开放更存在重要的意思。

  因为历史、技巧跟治理上的起因,压力管道跟20世纪80年代之前生产投入利用的容积式换热器普遍存在制造品质差、缺点重大等凸起问题,加上不少设备超期服役,/带病“运行跟保险评估技巧落伍,跟泄漏事变时有产生。因此,依附科学技巧,对此类设备中的缺点进行科学的保险评估,降落事变率,有效保障保险生产,是十分重要跟急切的。/八五”国度重点科技攻关课题/在役容积式换热器保险评估与防备技巧研究“跟‘九五”国度重点科技攻关专题/在役含缺点压力管道保险评定要害技巧研究针对国内容积式换热器与压力管道长期存在的共性问题,依据弹塑性断裂实际跟保险评定技巧的进展,组织国内的专家,进行体系的含缺点容积式换热器与压力管道保险评定技巧研究,对若干要害的技巧问题进行了重点攻关跟综合研究,获得了一系列达到国际当先或国际进步水平的结果。

  以上述研究结果为基本,经过多年不懈地体系总结、连续跟接收国内外对于容积式换热器与压力管道保险评定的实际、技巧实际跟教训,国度标准GB/T1962420045在用含缺点容积式换热器保险评定》颁布了。这一标准集成了国内容积式换热器与压力管道保险评定的研究结果跟工程实际教训,使国内在用含缺点承压设备保险评定技巧进步到当代国际水平,为降落国内容积式换热器与压力管道灾害性事变率供给了有效的技巧手段,并为晋升国内在用容积式换热器与压力管道科学治理水平以及加入WT0后与国外的技巧跟经贸关联奠定了一定的技巧基本。

  文中简要综述了该标准的特点跟翻新点。

  1该标准的特点跟翻新点该标准存在如下12个特点跟翻新点。

  1.1容积式换热器的断裂及塑性生效评定采取三级评定的技巧路线20世纪80年代以来,世界各国出版或再版了一系列缺点保险评定标准跟规程。其中的R6―86第3次勘误版、PD649391JIW/I1S导则SST-1157-90等但PD6493的三级评定跟R6的三级评定无论在目标还是方法上均有较大差别。

  R6方法的三级评定可简称为3种抉择、3品种别。R6方法完全采取生效评定图技巧,而生效评定曲线有3种抉择:第3抉择是严格的K=/=生效评定曲线;第2抉择是Ainsworth提出的仅反应资料机能而忽视结构因素的以应力法进行简化的生效评定曲线;第1抉择是按各种资料的抉择二曲线的下包络线作出的守旧的通用生效评定曲线,十分简单,可用于资料跟结构。3品种别是指评定的3个不同目标,即起裂评定、有限量撕裂评定跟撕裂失稳评定。R6的三级评定较地反应了以生效评定图技巧为基本的断裂评定方法。

  PD6493-91的三级评定也都采取生效评定图技巧:第1级评定实际上连续了老版的COD设计曲线法,然而以生效评定图的情势表示,是初步的筛选方法;第2级采取了在新版R6中己经放弃的老版R6的以D-M模型为基本的通用生效评定图;第3级评定采取R6的抉择2曲线,并在应力应变曲线不能判断时采取R6的抉择1的通用生效评定曲线。作为其重要的、新的、的评定方法,第2级评定跟第1级评定一样,均以评定点落在生效评定曲线以内还是以外来判断其保险水平。应当指出,该方法并未明白评定是起裂评定还是有限量撕裂评定。

  本标准的生效评定也采取三级评定的技巧路线,与英国CEGBR6面缺点的简化评定、平面缺点的通例评定跟平面缺点的剖析评定,也可称为一级、二级、三级评定。三级评定的技巧路线,既踊跃跟踪国际进步技巧,对其进行连续跟发展、从而与国际接轨,又反应了国内成熟的科研结果跟实际教训,从而存在中国特点。

  合国内国4情的厉依据,拍也为缺点的通例评规评定与剖析评定之间公道连接,://www.cnkinet COD设计曲线,但PD6493-91采取生效评定图情势,将它的COD曲线转变为生效评定图,这一技巧为本标准简化评定的树破供给了鉴戒。因此,本标准采取BSIPD6493-91的办法,将COD设计曲线转换为生效评定图的情势。

  本标准的简化评定方法在以下方面与PD6493 -91是一致的:采取认为纵坐标并用符号JD表示的简化生效评定图;考虑保险系数为2,即以D/ 2为临界前提,从而判断了呈水平状的断裂生效评定曲线JDD h)/2S)表示,并限度Sr=0.8,即以Sr=08为截止线;所以评定点认为参量时的简化生效评定图是矩形的。

  -91的D按Burdikin的COD设计曲线盘算,而本标准按CVDA 8~1.2时,在此区间内,宽板实验的断裂点常落在Bu-dikin设计曲线之上跟CVDA曲线之下,说明CVDA -91更合乎实际,技巧更为进步,评定更为保险。

  1.3容积式换热器平面缺点的通例评定方法采取R6第3修改版的通用生效评定曲线并选取了合乎国内国情的分保险系数从进步性、成熟性、工程实用性综合考虑,本标准在通例评定中采取R6的通用生效评定图进行避免起裂的评定。其起因如下:20世纪90年代,世界各国发表的所有标准跟规程均采取R6的通用生效评定图,说明它是世界公认的工程评定方法。采取技巧上较成熟的R6通用生效评定图,既与国际接轨,又便于与国外标准跟规程对比,有利于对该标准中一些细节作出评估。

  924-02-02专题树破的国内常用容积式换热器用钢的母材、焊缝、各种试板、容器、焊接接头、各种穿透裂纹跟名义裂纹、高应变区裂纹、应变时效或温度影响下的800多条严格的J积分生效评定曲线与R6通用生效评定曲线对比表明:在绝大多数情况下,R6通用生效评定曲线是偏于保险的,诚然在个别情况下,严格生效评定曲线会比R6通用生效评定曲线略低,但所有曲线的下包络线在Lr  20世纪末,欧盟各国组织研究编制了欧洲同一的产业结构完全性评定方法SINTAP-99,R6发表的第4版也作了相应的修改。其中,针对长屈从平台用钢的生效评定曲线与无屈从平台用钢有很大差别,发展了一种新R6称为有屈从平台资料的近似抉择2曲线,SINTAP称为第1级之一的有屈从平台生效评定曲线,从而解决了采取R6通用生效评定曲线时被迫取1所带来的一些问题。2003年,依据国外这一结果对该标准草案作了局部修改,即依据新R6的有屈从平台资料的近似抉择2曲线与新R6通用生效评定曲线的差别,给出了不同强度长屈从平台用钢在不同情况下值的划定,从而使得该标准名义上只采取了一条通用生效评定曲线,但实质上达到了同时采取新R6有长屈从平台跟无屈从平台资料的两条近似抉择2曲线的后果。

  1.4容积式换热器平面缺点的剖析评定采取EPRI-82工程优化方法,并有翻新平面缺点的剖析评定直接采取J积分为断裂参量,是严格的弹塑性断裂力学方法,该方法能正确地评定含缺点容器从起裂、有限量撕裂、直至撕裂失稳的全进程。PD6493-91的第3级评定采取通用生效评定曲线及R6的抉择2曲线并非严格的生效评定曲线,难于达到正确评定的目标。R6的抉择3生效评定曲线中举3类评定方法能达到精巧评定的请求。精巧评定也可能采取与R6抉择3等价的、由EPRI树破的牢固性评定图法中J的失稳前提,依据阻力曲线与推力曲线相切来判断其失稳点,但切点难于判断。该标准采取/优化“方法,即由给定的ak寻求满意均衡前提J=Jr的相容应力k,各相容应力的值即为失稳应力,并用软件来实现,称为EPRI工程优化评定方法,反应了国内的翻新结果。

  剖析评定须要十分详尽的原始资料,例如坚固的J积分解跟资料的整条Jr阻力曲线等。因此,剖析评定重要用于重要的大型容器或部件含有通例评定方法不能通过的缺点且又难于返修的场合。同时,剖析评定方法也是通例评定方法的技巧基本,是研究、发展、评估通例评定方法跟简化评定方法的重要手段。

  目前,仅有局部含裂纹结构的J积分解,因此,还不是情况下都能采取剖析评定,且只能由专家利用。

  时逆福-通不再守恒,墟技巧难度较采取通lishingH在疲劳慰桦愚寸跟雄的盘算。笕在平面缺点的简化评定、通例评定跟剖析评定中,分辨采取了不同的分保险系数,使三级评定方法公道连接。通过简化评定与通例评定各自由生效评定图上的“保险”区域的比较、各自的“额定”保险裕度估算比较、以及大量的实际或模仿案例的评定结果的比较,均未发明简化评定通过而通例评定不通过的/逆转“情况。对不少评定案例同时采取通例评定与剖析评定方法进行评定,结果表明也不存在/逆转”景象。这种公道的连接安排,为三级评定方法树破了各级既独破,又彼此接洽跟连接的公道关联,也为用户依据实际情况采取一级保险评定方法进行平面缺点的保险评定供给了可能。用户个别可先采取简化评定,该标准容许在简化评定不通过期采取通例评定或在可能的情况下直接采取剖析评定对含缺点结构做出保险与否的评估;或当通例评定不通过期,在可能的情况下可采取剖析评定方法对其进行剖析评定,以便更科学地给出保险与否的论断。

  1.6采取/八五“重点科技攻关开创的容积式换热器凹坑缺点塑性限载荷剖析法,对凹坑缺点进行保险评定凹坑是容积式换热器常见缺点之一。凹坑可能由腐化或机械伤害产生,也可能因为打磨名义裂纹或近名义的其余缺点而形成。凹坑比裂纹保险得多,假如能供给坚固的凹坑缺点的保险评定方法,不仅可使相称局部的凹坑免于焊补,并可避免焊补导致新裂纹产生的危险,有重大的事实意思。

  容积式换热器凹坑的塑性破坏可能是整体塑性垮塌,也可能是凹坑底部局部塑性破坏。通过对大量带各类凹坑缺点的平板、球壳、筒壳的弹塑性剖析、限载荷剖析、安定性载荷盘算及一些实验验证,发明凹坑对容器塑性限承载才干的减弱与凹坑无因次深度c/t及凹坑无因次长度a/7'RT之积密切相干,并由此判断了无穷纲参数Go.研究表明:在G  本标准提出的凹坑缺点评定方法,实际谨严、概念清楚、方法简单,并己在工程利用中处理了相称多的案例,是国内开创的一种方法,可能/解放“相称大一局部凹坑缺点。在无面型缺点同时存在时,这一工程方法是足够守旧跟相称保险的。

  1.7采取了/八五“重点科技攻关中处理二次应力的工程方法等结果焊接容积式换热器不可避免地存在焊接残余应力及热应力等二次应力。二次应力是自均衡应力,又存在自限性,在外力作用下可能局部塑性松驰或再散布,X寸断裂的影响有时很大,有时很小。存在二次应力用生效评定曲线及Ainsworth提出的P因子来处理二次应力的方法代表了国际上进步的水平。然而,R6的编者在背景资料中亦不得不否定这个方法用于小裂纹位于高值残余拉伸应力区是不保险的,用于其余情况又过分守旧,从而引起不少争议跟新倡导。/八五”攻关中树破了有二次应力存在时守恒的修改J积分及其盘算程序,揭示了R6的P因子存在问题的要害所在,即在推导进程中所采取的一个假设是错误的,从而导出了一套比R6法更进步的P因子。实际跟实验都证明这套P因子比R6的P因子更合乎客观实际,存在国际进步水平。本标准采取了/八五“攻关的这一结果用于平面缺点的通例评定。

  此外,在有二次应力存在下的严格弹塑性断裂力学实际剖析盘算证明:CVDA―84中处理二次应力的系数X.不是常数,且变更很大。从既要坚持原有评定方法,又要保障保险的角度出发,该标准对CVDA 1.8采取了国内开创的裂纹间弹塑性干涉效应剖析法在工程实际中,缺点往往不是孤破存在的。目前,世界各国的标准跟规程都划定:相邻缺点的存在导致应力强度因子加率达到一定水平时,必须将此两条裂纹作为己贯穿的一个大裂纹处理。/八五“攻关研究发明:裂纹间的弹塑性干涉效应G=双J单比线弹性干涉效应K琢/Ki单大得多,并与资料的本构关联跟载荷水平有关。例如两相邻等长裂纹间距超过裂纹长度时,按其余标准跟规程的划定,不考虑二者间的彼此影响。但盘算表明:对A533B资料来说,在L>1时,G可达到1.4;对16MnR,当Lr=1时,G可达21.显然,在这种情况下忽视缺点间的彼此影响会带来危险的结果。/八五”科技攻关研究表明:只有在单裂纹的应力强度因子上乘以相邻缺点的弹塑性干涉效应G,即可利用通用生效评定曲线实现考虑裂纹间弹塑性干涉效应的断裂评定。该标准依据不同应力应变关联资料的盘算结果给出了G值的估算公式,并以表格的情势给出了其数值解,利用便利,这属国际开创。

  1.9在疲劳评定中充分考虑科学、保险跟简便在疲劳评定中尽可能从服役容器上取样,按GB6398一1986《金属资料疲劳裂纹扩大速率实验方法》的划定进行实验。依据实验数据,用二乘法回归盘算得到参数A跟m,并且用二乘法回归得到的A值应乘以一个不小于4.0的系数后才干作为评定所取用的A值。实验数据表明:对16MnR等资料而言,按这一划定进行参数抉择,存活率在99.99%以上。

  应力变更范畴进程一一轮回盘算法。研究表明:基于Paris公式及Newman-Rujas应力强度因子解的一一轮回盘算法,不仅切实践较为周到,而且其精度比WES2805 83的川原正言法及BSIPD6493-91的多级S-N曲线法高。除一一轮回盘算法外,还倡导采取分段盘算法,可能大幅度减少盘算工作量,甚至可能用手工实现。

  对免于疲劳评定的判断,不仅给出Ki  1.10压力管道周向面型缺点保险评定采取了/九五“重点科技攻关翻新性研究结果一U因子工程评定方法在压力管道面型缺点保险评定方面,采取了国度自由抉择保险系数的简化因子工程评定方法一以起裂为断裂判据,同时可能实现含周向面型缺点压力管道起裂跟塑性生效保险评定的U因子工程评定方法。该方法评定进程为简便,只有查表进行简单的算术运算就可能实现拉、弯、扭、内压结合载荷作用下的周向面型缺点保险评定。国际上至今还不适应面如此广、评定进程如此简便、且评定精度很高的工程评定方法。

  1.11压力管道体型缺点保险评定采取了/九五“重点科技攻关翻新性研究结果一含局部减薄缺点压力管道塑性限载荷工程评定方法与含凹坑容积式换热器保险评定比较,含局部减薄压力管道保险评定更为庞杂。首先,压力管道除蒙受内压外,还同时蒙受拉、弯等组合载荷;其次,保险评定所须要的管系内力跟管道应力个别只能通过数值盘算剖析的方法求得,这对个别考试跟评定人员而言存在很大的难度。为解决上述困难,本标准采取了国度‘九五”科技攻关专题提出的以塑性限载荷实际跟含局部减薄压力管道塑性限载荷拟合盘算公式为基本的工程评定方法,尤其是采取了毋庸进行庞杂的管系内力跟管道应力盘算、利用为简便的免于评定前提。该标准提出的局部减薄缺点保险评定方法实际谨严、方法简单,是国内开创的一种管道缺点保险评定方法。

  将此方法偏守旧天时用于含其余体型缺点管道,可能进行含气孔、夹渣跟生效模式为塑性失稳的未焊透等缺点的压力管道的保险评定。

  1.12强调了/保险评定的个别准则“、”生效模式的判断“以及/保险评定方法的抉择‘的必要性跟重要性本标准强调了在用含缺点容积式换热器保险评定的个别准则:保险评定应包含对评定对象的状况考察、缺点检测、缺点成因剖析、生效模式判断、材质考试、应力剖析、必要的实验与盘算,并依据该标准的划定对评定对象的保险性进行综合剖析跟评估。

  对生效模式的判断跟保险评定方法的抉择进行了准则划定:判断生效模式应依据同类容积式换热器或结构的生效剖析跟保险评定案例与教训、被评定的容积式换热器或结构的具体制造跟考试资料、利用工况以及对缺点进行的理化考试跟物理诊断结果,对可能存在的腐化、应力腐化、温度环境跟体系状况等对生效模式跟保险评定的影响,应予以充分的考虑。保险评定方法的抉择应以避免在划定工况下保险评按期内产生各种模式的生效而导致事变的可能为准则,对各种可能的生效模式进行判断或评估后,才干作出含缺点容器、结构是否保险的论断。

  上述划定从内涵上指出了对在用含缺点容积式换热器进行保险评定时,将力学的保险评定技巧跟方法与物理上的保险评定技巧跟方法周到结合的必要性。

  2结束语综上所述,本标准是通过/八五“国度重点科技攻关研究,接收了/九五”国度重点科技攻关的局部结果,经过12年的研究、撰写、修改跟一直后实现的。它是国内科技工作者潜心研究的结果,是一部领有自主常识产权的进步的大型国度标准。它的颁布、发行跟履行,不仅为国内容积式换热器与压力管道的保险评定供给了可遵守的、权威的科学方法,也必将进一步推动国内在用含缺点容积式换热器与压力管道保险评定工作的发展,更好地保障此类设备的保险,并将进一步增进国内容积式换热器与压力管道整体保险评估跟危险评估科学技巧跟方法的研究、发展跟进步。

  应当指出,该标准的主体是在1995年前的“八五”

  攻关中实现的,距今己10年了。近十年来,国内外在结构完全性评定技巧方面,无论是深度还是广度,都有了很多新的发展。该标准还应与时俱进,争夺再版时得到进一步的跟进步。

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