《压力容器与管道安全评价 教学课件 ppt 作者 杨启明 4.4 压力容器的安全评价》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器与管道安全评价 教学课件 ppt 作者 杨启明 4.4 压力容器的安全评价（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 压力容器的安全状况评价,一、常见缺陷检查 二、缺陷的处理 三、压力容器安全状况等级评定 四、压力容器安全状况评价示例（自学） 五、在役含缺陷压力容器的断裂安全评价基础 六、在役含缺陷压力容器的疲劳安全评定技术基础,一、常见缺陷检查 压力容器比较常见的缺陷是腐蚀、裂纹和变形 1腐蚀（详细内容可参考工业设备腐蚀与防护） 2裂纹 (1)常见裂纹的种类 原材料裂纹、焊接裂纹、过载裂纹、疲劳裂纹、腐蚀裂纹等。,(2)裂纹的检查,裂纹的检查可以用直观检查和无损探伤； 检验员可根据检验的具体情况来选用适当的检查方法 2变形 (1)变形缺陷的常见类型 压力容器的变形缺陷常见的有局部凹陷、鼓包、扁瘪和整
2、体膨胀等几种形式。 (2)变形的检查 一般用直观检查方法，也可以通过量具检查。,3钢材组织缺陷 钢材组织缺陷是指钢材金相组织在一定条件下发生了具有危险性的变化，常称作组织恶化。组织缺陷造成钢材性能的显著降低。 (1)常见的组织缺陷 焊接中的过烧、疏松等属于组织缺陷，如造成钢材脆化、过烧、脱碳等。,压力容器长期在高温条件下运行，其钢材可能产生珠光体球化和石墨化 。 (2)组织缺陷的检查 一般在用压力容器可采用金相检验法、化学成分分析法、硬度测定法及力学性能试验法等方法进行检查。,二、缺陷的处理 1缺陷处理的一般原则 以安全可靠、经济合理、合乎使用为原则。 通过消除或处理某些有潜在危险的缺陷，提高
3、容器的安全状况使之确能安全可靠地使用至下一个检验期或更长时间。 (1)设计缺陷的处理,1)材质问题处理 容器材质不明，对于无特殊要求的压力容器，可按该类材料最低性能进行强度校核，通常按钢号A3材料强度的下限值进行强度校核。 对于某些特殊要求的压力容器，如低温容器、高温容器、剧毒介质和易燃易爆介质的容器，必须查明材质，否则应限期停止使用或改作它用。,2)设计结构缺陷处理 判定结构是否合理的主要依据： 有关的设计规范和标准 应力状态和应力水平 是否能保证焊接质量 使用中是否产生因结构或制造工艺引起的裂纹、变形等缺陷,对于不合理的结构应作必要的处理。如： 未按规定开孔补强处理； 角焊缝的凹陷应圆滑过
4、渡； 对于难以修复且不能保证安全运行的应判废。 (2)制造缺陷处理 制造缺陷主要是成形组装缺陷和焊接缺陷。 1)成形组装缺陷处理,成形组装缺陷主要有错边、棱角、表面凹凸不平、截面不圆等，对容器安全运行影响较大的是错边和棱角。 若只是一般性超标，可不作处理； 严重的，应作无损探伤检查，确认无其他缺陷，则通过应力分析，判定能否继续使用。,若发现有裂纹、未熔合、未焊透等其他缺陷存在，就应消除缺陷或补焊修复；若错边量较大，也应作补焊修复处理。 2)焊接缺陷处理 (3)运行缺陷的处理 1)腐蚀缺陷的处理 2)裂纹缺陷处理 3)变形缺陷的处理 4)组织缺陷的处理,2常用的修理方法(自学） 3、压力容器修复
5、工作要点 其工作要点是： (1)修理前 (2)修理时 (3)技术要求 (4)修理所使用的材料 (5)补焊修理前,(6)焊前需要预热 (7)补焊或堆焊部位 (8)挖补受压部件时 (9)受压部件不得采用贴补的修理方法 (10)同一部位返修一般不得超过两次 压力容器修理工作结束后，应将修理记录存入设备档案中。,三、压力容器安全状况等级评定,1、压力容器安全状况等级的划分 根据压力容器的安全状况，划分为五个等级 1级：压力容器出厂技术资料齐全；设计、制造质量符合有关法规和标准的要求；在法规规定的定期检验周期内，在设计条件下能安全使用。 2级：出厂技术资料基本齐全；设计、制造质量基本符合有关法规和标准的
6、要求；根据检验报告，存在某些不危及安全可不修复的一般性缺陷；在法规规定的定期检验周期内，在规定的操作条件下能安全使用。,3级：出厂资料不够齐全；主体材质强度、结构基本符合有关法规和标准的要求；对于制造时存在的某些不符合法规或标准的问题或缺陷，根据检验报告，未发现由于使用而发展或扩大；焊接质量存在超标的体积性缺陷，经检验确定不需要修复；在使用过程中造成的腐蚀、磨损、损伤、变形等缺陷，其检验报告确定为能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用；对经安全评定的，其评定报告确定为能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用。,4级：出厂技术资料不全；主体材质不符合有关规定，或材质不明，或
7、虽属选用正确，但已有老化倾向；强度经校核尚满足使用要求；主体结构有较严重的不符合有关法规和标准的缺陷，根据检验报告，未发现由于使用因素而发展或扩大；焊接质量存在线性缺陷；在使用过程中造成的磨损、腐蚀、损伤、变形等缺陷，其检验报告确定为不能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用；对经安全评定的，其评定报告确定为不能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用，必须采取有效措施，进行妥善处理，改善安全状况等级，否则只能在限定的条件下使用。,5级：缺陷严重，难于或无法修复，无修复价值或修复后仍难以保证安全使用的压力容器，应予判废。,注 意 安全状况等级中所述缺陷，是压力容器最终存在的状
8、态，如缺陷已消除，则以消除后的状态确定该压力容器的等级。 压力容器只需具备安全状况等级中所述问题与缺陷其中之一，就可确定该容器的安全状况等级。,2、安全状况等级评定,原则： 以检验结果作为划分安全状况等级的依据，主要内容包括材质检验、结构检验、缺陷检验三个检验项目的检验结果。 定级时，先对各分项检验结果划分等级，最后以其中等级最低的一项作为该容器的最后等级。,(1)主要受压元件的材质检验,三种情况： “用材与原设计不符” “材质不明” “材质劣化” 此时，安全状况等级划分如下： 1)用材与原设计不符,其定级的主要依据是判断所用材质是否符合使用的要求。 2)材质不明 材质不明指材质查不清楚。 在
9、用压力容器中，材料的代用、混用是经常遇到的，要彻底查清，需花费较大的代价。,经检验未查出新的缺陷，并按钢号A3的材料校核其强度合格，在常温下工作的一般压力容器，可定为2级或3级。 如有缺陷，可根据相应的条款进行安全状况等级评定。 3)材质劣化,压力容器使用后，如果因工况条件而产生石墨化、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢损伤、脱碳、渗碳等脆化缺陷，说明材质已不满足使用要求，可定为4级或5级 (2)结构检验 存在不合理结构的压力容器，划分其安全状况等级如下：,1)封头主要参数不符合现行标准，但经检验未查出新生缺陷，可定为2级或3级； 如有缺陷，可根据相应的条款进行安全状况等级评定 2)封头与筒体的连接形式如
10、采用单面焊对接结构，且存在未焊透时，根据未焊透的程度，定为3级到5级。,采用搭连结构，可定为4级或5级。 不等厚板对接，未作削薄处理的，经检查未查出新生缺陷，可定为3级，否则定为4级或5级。 3)焊缝布置不当或焊缝间距小于规定值 经检验未查出新生缺陷，可定为3级； 如查出新生缺陷，并确认是由于焊缝布置不当引起的，则定为4级或5级。,4)按规定应采用全焊透结构的角接焊缝或接管角焊缝，而没有采用全焊透结构的主要受压元件，如未查出新生缺陷，可定为3级，否则定为4级或5级 5)开孔位置不当 (3)缺陷检查 1)存在内外表面裂纹 2)存在机械损伤、工卡具焊迹和电弧灼伤,3)内表面焊缝咬边尺寸变化 4)错
11、边量和棱角度超标 5)焊缝有深埋缺陷 6)有夹层 7)受腐蚀 8)使用过程中产生的鼓包 9)耐压试验不合格,五、在役含缺陷压力容器的断裂安全评定技术基础,随着现代化工业的迅速发展，压力容器向大型化发展，厚截面压力容器日益增多 ，使容器与锅炉断裂事故增多 ，世界各国均对其越来越关注，并不断探索减少灾难事故发生的科学办法。,50年代末期，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体在试验发射时发生爆炸事故，壳体所用材料为D6AC高强度钢(=1400MPa，破坏应力低于屈服应力的一半)。破坏是突然发生的，事前无明显预兆，损失严重。 这一事故用传统的强度理论无法解释。,1965年，美国发生了另一起著名的260SL
12、-1固体火箭发动机压力壳的典型脆断事故破坏，破坏应力也是远远低于设计的工作应力。 这两个事故促使一门年轻的学科断裂力学迅速产生与发展起来。这门学科的特点之一是带缺陷物体作为研究对象的。,到70年代为止，很多国家都制定了有关压力容器的制造与评定规范。但这些规范都严格禁止裂纹一类缺陷存在的规范方法，实际上，有些缺陷的存在并不影响压力容器的安全使用，这样，一个以新的工程概念，即以“合乎使用”为原则对在役压力容器进行缺陷评定的方法发展起来了，断裂力学即是使这种方法得以成立的理论基础，它为缺陷评定提供了依据和手段。,这种“合乎使用”的评定方法可以对在役压力容器的现状及未来状况进行评估和预测，判断其是否能
13、够继续使用及安全度如何。 显而易见，这将会在安全的前提下使压力容器的潜能得以充分发挥，从而在最大程度上减少危害与损失，因此对在役含缺陷压力容器进行安全评定具有重要意义。,在20年代，Griffith发现：有表面缺陷的玻璃试样，其断裂应力低于拉伸强度，随着玻璃表面裂纹深度的增加，断裂应力逐渐下降(见图4-4) 他总结出断裂应力与表面裂纹深度a平方根成反比的规律，即,进一步的研究表明，对那些材料强度很高的结构构件来说，因强度不足造成破坏的危险不再是唯一重要的了 高强度材料韧性劣化，对裂纹非常敏感，韧性不足成了真正的威胁 此时，裂纹尖端局部区域应力的强弱程度对是否引起裂纹扩展起决定作用。,断裂力学所
14、研究的即是找到决定裂纹尖端应力场强度的力学参量应力强度因子K1(或K、K)与材料抵抗断裂性能参量断裂韧性KC，建立断裂判据，K1KC 断裂力学成功的解释了高强度材料制成的容器为什么会发生低应力脆断。,例如前述北极星导弹发动机壳体爆炸事故，虽然壳体材料强度高达1400MPa，但断裂韧性较低，如果取KC=1800N/mm3/2，安全系数取1.3，此时允许的裂纹的临界尺寸仅为0.5mm，由于当时探伤仪灵敏度有限，这样小的裂纹往往漏检，事故发生也就不足为奇了。,脆性材料到韧性材料可以有5种不同的断裂机制：,(1) 线弹性断裂，即裂纹开始扩展前，裂纹尖端没有产生塑性区。 (2) 小屈服断裂，即裂纹开始扩
15、展时裂纹尖端产生塑性区，但塑性区的尺寸远比裂纹本身的尺寸小。 (3) 大屈服断裂，即裂纹开始扩展时，裂纹尖端产生较大的塑性区，塑性区的尺寸达到与裂纹尺寸相同的量级。,(4) 全面屈服断裂，即裂纹开始扩展时，塑性已从裂纹的尖端开始发展到包围了整条裂纹。 (5) 流变断裂，即断裂发生于没有裂纹的部位，通过颈缩过程而断裂 钢铁材料，即使是高强度钢，都有一定的韧性。在裂纹扩展以前在裂纹尖端先产生一定尺寸的塑性区，所以纯粹的线弹性断裂在钢铁材料中实际上是不存在的。,断裂力学根据研究对象不同，分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。 线弹性断裂力学主要研究的是韧度与裂纹尖端附近的区域基本上受弹性应力场的控制，
16、屈服区尺寸远小于裂纹尺寸，破坏属于小范围屈服断裂。,常用的中低强度钢，多数情况是断裂之前裂纹尖端相当大的区域会产生明显的塑性变形，从而破坏了裂纹尖端的弱性应力场。 有的在裂纹发生失稳扩展之前，出现稳定的缓慢撕裂亚临界扩展。这时裂纹的断裂已不现由K控制，线弹性断裂力学已经失效，必须用弹塑性断裂力学建立起来的判据进行分析。,弹塑性断裂力学是断裂力学的较高层次，它是线弹性断裂力学的发展，它能解决弹性断裂力学所不能解决的问题，同时在线弹性范围内它也与线弹性断裂力学等价。 在弹塑性断裂力学中有许多不同的理论和分析方法，其中较为成熟而应用又能比较广泛的，是裂纹尖端张开位移(COD)理论和J积分理论,COD(crack open displacement)理论是60年代由英国人AAWells提出来的。实验与分析结果都证实，裂纹体受载后裂纹尖端附近存在的塑性区使得裂纹表面分离，裂纹尖端有张开的位移。 COD判据简单实用，可以利用小试样在全面屈服条件下测出材料的断裂韧度参量c。,工程上使用COD方法是通过COD设计曲线进行计算实
