壓力容器與管道安全評價5.4壓力管道缺陷的安全評價

1、第四節(jié) 壓力管道缺陷的安全評價,一、缺陷安全評價的一般準(zhǔn)則二、壓力管道腐蝕減薄后的評價三、中、低壓管道環(huán)焊縫單面未焊透缺陷的安全評價四、壓力管道材料劣化的評價示例（自學(xué)）五、ASME IWB－3650壓力管道缺陷評定規(guī)范介紹,一、缺陷安全評價的一般準(zhǔn)則1．宏觀檢查和表面檢測 不允許存在表面裂紋、重皮、褶迭及嚴(yán)重變形等。2．對于在連續(xù)生產(chǎn)裝置中因泄漏而采用的臨時性管道堵漏措施，在停車檢修時必須予以拆除，同時對該管

2、道進(jìn)行全面檢測，并徹底修復(fù)。,3．承受交變應(yīng)力的管道及振動較嚴(yán)重的管道，規(guī)定對接焊縫的咬邊及表面凹陷允許存在的限度。4．管道和管件測厚值減薄10%或0.5mm以上時，需經(jīng)評定后決定是否可用,5．管道焊縫射線探傷和超聲波探傷檢測的裂紋不允許存在 6．理化檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)材料劣化，金相組織改變，應(yīng)根據(jù)其劣化程度，經(jīng)評定后決定其使用年限。,二、壓力管道腐蝕減薄后的評價,1．中低壓管道(最大工作壓力P＜100MPa＝的強(qiáng)度核算公式為

3、 ≤ 式中 P——最高工作壓力(MPa)，裝有安全閥的管道，P不得小于其開啟壓力；D——管子外徑，mm；,S——壁厚實(shí)測最小值，mm；Ea——質(zhì)量系數(shù)，無縫鋼管為1，直縫或螺旋焊接鋼管為0.6，鑄造管為0.8；c——預(yù)期使用周期的兩倍腐蝕深度，mm；σ——管材的工作應(yīng)力，MPa；[σ]——管材的許用應(yīng)力(MPa)，可查GB150,2．高壓管道(最大工作壓力不小于10MPa)的強(qiáng)度核算公式為,≤

4、 其中：Di——管子內(nèi)徑(mm)；當(dāng)管子車有螺紋時，D取為螺紋最小根徑(mm) [σ]取 中較小者,3、遭受局部腐蝕的管道最大容話縱向腐蝕長度計算,當(dāng)連成一片的腐蝕區(qū)域，其最大深度大于管子壁厚的10%，但小于80%時，在管子縱軸向的延伸距離不宜超過下式計算結(jié)果式中B——由圖5－18曲線確定，或從下式求出,B值只限于不超過4.0的條件，若d/S在10%與17.5%之間，則B＝4.0,式中：d——實(shí)測

5、的腐蝕區(qū)域最大深度，mm；L——腐蝕區(qū)域的最大容許縱向長度，mm，與圖5－19中的Lm共線；D——管子的公稱外徑，mm；S——管子的公稱壁厚(mm)，共存的外部負(fù)荷所要求的附加壁厚不計在內(nèi),本方法引自《ASMEB31G－1991》，即《ASME壓力管道規(guī)范B31的補(bǔ)充》,適用于評定外形平滑、低應(yīng)力集中的管道本體上的局部腐蝕缺陷 不宜用于評定： 被腐蝕的焊縫(環(huán)向或縱向)及其熱影響區(qū)； 機(jī)械損害引起的缺陷(如

6、凹陷和溝槽)；,在管子制造過程中產(chǎn)生的缺陷(如裂紋、褶皺、疤痕、夾層等)。 當(dāng)管道承受第二有效應(yīng)力(如彎曲應(yīng)力)，尤其是腐蝕有較大的橫向成分時，本方法不宜作為唯一準(zhǔn)則，也不能預(yù)測泄漏和破裂事故。,三、中、低壓管道環(huán)焊縫單面未焊透缺陷的安全評價,與在用壓力容器對埋藏缺陷的評定一樣，對在用管道環(huán)縫中的單面未焊透缺陷的尺寸容許值采用英國CEGBR/H/R6“有缺陷結(jié)構(gòu)完整性的評定標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行評定。,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中選擇1的評定曲線和第

7、1類分析法，利用鋼管材料的基本數(shù)據(jù)和管道設(shè)計許用應(yīng)力的估計式，在偏保守的系數(shù)下，導(dǎo)出碳素鋼、17Mn和15MnV低合金鋼管中單面整圈未焊透的極限深度。,管道所受的應(yīng)力包括：,（1）管子由內(nèi)壓P產(chǎn)生的軸向膜薄應(yīng)力σZ和環(huán)向薄膜應(yīng)力σT ： ≤(2) 管子對接環(huán)縫

8、的對口錯邊量b引起的最大軸向彎曲應(yīng)力σB (3) 由管道本身的重量引起的彎曲應(yīng)力σZW；,(4) 由管道自然補(bǔ)償或膨脹節(jié)的彈性力引起的軸向應(yīng)力σD；(5) 由風(fēng)力引起的彎曲應(yīng)力σFW；(6) 由支吊架的摩擦力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力σW；(7) 由彈性彎曲力矩引起的補(bǔ)償彎曲應(yīng)力σbW；(8) 在管道的對接環(huán)焊縫部位還存在著焊接殘余應(yīng)力σr,在管道設(shè)計中，當(dāng)操作溫度t＜25０℃時，σFW、σD和σM之和在合成應(yīng)力中所占比例甚小可以忽略不計

9、 在管道的強(qiáng)度計算中可采用簡化公式 當(dāng)管道的設(shè)計溫度T≥250℃時 ≤,R6方法選擇1通用曲線方程,選用第1類分析方法，斷裂韌性數(shù)據(jù)KIC，對上述鋼材，在缺陷評定中從安全考慮取 將環(huán)焊縫的內(nèi)表面未焊透缺陷簡化為內(nèi)表面裂紋a×Ｌ＝a×π(D－Ｓ),式中： a——表面缺陷的深度，mm； L——缺陷的長度，mm 分別計

10、算出缺陷部位的應(yīng)力，包括對塑性破壞有作用的載荷引起的應(yīng)力 ，對塑性破壞無作用的在和引起的應(yīng)力,五、ASME IWB－3650壓力管道缺陷評定規(guī)范介紹,管道的缺陷評定與壓力容器的缺陷評定有很大不同。原因： 壓力管道不可避免地存在著原始的或使用中產(chǎn)生的缺陷，由于生產(chǎn)上、

11、經(jīng)濟(jì)上的原因，不可能對含有超標(biāo)缺陷的管道全部進(jìn)行修復(fù)和更換。,由于管道支撐及受載復(fù)雜，內(nèi)壓往往不是主要載荷，彎曲應(yīng)力、熱膨脹應(yīng)力是其承受載荷的特征，且多集中在焊縫，往往還涉及到動載荷。 美國機(jī)械工程師協(xié)會ASMEⅪ IWB－3650及附錄H《鐵素體鋼管道缺陷評定規(guī)程及驗(yàn)收準(zhǔn)則》(1989頒布)和IWB－3640及附錄C《奧氏體鋼管道缺陷評定規(guī)程及驗(yàn)收準(zhǔn)則》(1986頒,布)是在經(jīng)過大量理論分析、數(shù)值計算和試驗(yàn)研究后，把結(jié)果

12、加以整理簡化編制出來的，它以使用極為方便的表格和簡單算式的形式表示，使得具有較少斷裂力學(xué)知識的工程技術(shù)人員也可以依照規(guī)范中的步驟去評定管道的失效。,ASME IWB－3650是一個技術(shù)先進(jìn)的壓力管道缺陷評定規(guī)程,不僅考慮脆性斷裂失效 考慮塑性破壞(失穩(wěn))失效 還能進(jìn)行彈塑性斷裂評定 給出的彈塑性斷裂評定不是較簡單的啟裂評定，而是考慮了啟裂后韌性撕裂材料抗力增強(qiáng)直到韌性撕裂失穩(wěn)極限載荷分析。,因而是一種

13、技術(shù)先進(jìn)的斷裂力學(xué)分析方法，是一個使用極為簡單的評定方法。 首先根據(jù)管徑及缺陷幾何尺寸、材料性能、外載大小計算參量SC值，判別出潛在失效的模式 然后根據(jù)不同的失效模式查用相應(yīng)的表格和算式，,如SC＜0.2，可判斷為塑性破壞失效模式 SC=0.2∽1.8，可判斷為韌性撕裂失效模式 SC＞1.8則屬于脆性斷裂控制 1、潛在失效模式判別的方法和理論基礎(chǔ)（自學(xué)） 2、塑性破壞極限載荷分