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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
3、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。 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-
4、2013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
5、测机构对其进行检验（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
6、合于使用评价,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
7、检验机构须经过国家质检总局批准； (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
8、正确性负责。 (5)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“
9、核动力装置部件”附录G“防止非延性破坏”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）
10、“焊接接头缺陷的断裂力学评定” 1984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
11、/规范： API 579-1/ASME FFS-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
12、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
13、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、
14、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
15、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，
16、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、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,表征为平
