压力容器缺陷评定论文

东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文I摘要在压力容器定期检验中,经常发现存在超标缺陷,缺陷因各方面原因不能被消除。因紧张而含缺陷运行的锅炉压力容器是一大安全隐患,因此,在探知有缺陷存在的情况下对压力容器进行安全评估就显得十分重要。为在役压力容器的管理与维护中进行的无损检测提供缺陷验收的依据,避免返修、报废压力容器带来的不必要的经济损失。在当前国内外众多的缺陷评定标准当中,BS7910“金属结构中缺陷验收评定方法指南”是工程评定验收的主要依据之一。本文对BS7910中的缺陷评定标准及评定方法做了介绍,并以此标准为依据评定过程简单易行;并且具有很好的扩展性能。可以在很短时间内对提出问题得出高水平的解答。关键词：压力容器缺陷安全评定BS7910东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文IIABSTRACTInpressurevesselinspectionregularly,oftenfoundoverweightdefect,becauseeachrespectsreasondefectscanbeeliminated.Withnervousnessofcontainingdefectsofboiler&pressurevesselisrunningapotentialsafetyproblems,therefore,inthediscoveryofsuchdefectsofpressurevesselundertheconditionofthesafetyassessmentisveryimportant.Forpressurevesselinserviceofthemanagementandmaintenanceofnondestructivetesting(NDT)providedefectsacceptanceofthebasis,avoidrepair,scraptheunnecessarypressurevesselbringeconomiclosses.Inthecurrentdomesticandinternationalnumerousdefectevaluationstandard,BS7910metalstructureofflawinevaluatingmethodguideistheacceptanceofthemainbasisofengineeringevaluationoneofacceptance.InthispaperthedefectevaluationBS7910standardsandevaluationmethodsareintroduced,andbasedonthisstandardevaluationprocessissimple;Andwithgoodexpansibility.Inaveryshorttimethathighlevelofquestionstoanswer.Keywords:pressurevesselBS7910defectsecurityassessment东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文III目录第一章前言.......................................................11.1选题背景.......................................................11.2基于“合于使用”原则的压力容器安全评定概述.....................11.2.1“合于使用”原则的应用......................................21.2.2安全评定的基本过程.........................................2第二章缺陷安全评定基础.............................................32.1BS7910标准所评缺陷类型.........................................32.2BS7910推荐的缺陷评定步骤.......................................32.3缺陷评定过程所需的基本数据......................................42.4BS7910断裂评定方法.............................................42.4.1一级评定——简单评定.......................................62.4.2二级评定——常规评定.......................................82.4.3三级评定——延性撕裂评定..................................132.5BS7910的疲劳评定..............................................162.5.1BS7910的疲劳评定概述......................................162.5.2评定中使用的应力..........................................172.5.3裂纹扩展定律的选择........................................172.5.4应力强度因子的计算........................................202.5.5面型缺陷疲劳评定的一般过程................................20第三章压力容器缺陷评定规范的发展..................................223.1国外发展情况..................................................223.2国内发展情况..................................................23第四章结论......................................................24参考文献..........................................................25东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文IV致谢.............................................................27东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文1第一章前言1.1选题背景压力容器是承受压力载荷，比较容易发生事故（特别是事故危害比较大）的特殊设备。随着科学技术的进步和工业生产的发展，压力容器的使用范围日益广泛。目前，压力容器已经成为化工、石油工业、冶金、原子能、宇航、海洋工程、轻工、纺织、食品、城建等各个部门中的重要设备，对国民经济的发展有着重要的影响。各类压力容器越来越多地在高温、高压、高真空、强腐蚀、辐照等各种苛刻的条件下操作，且现代化工业装置正逐渐向系统化、综合化方向发展。因此，对压力容器设备结构技术上的要求越来越高，其完整性维护、安全评定工作的地位和作用越来越受到重视。如果安全管理不严，使用不当，往往会发生事故，轻则停炉影响生产，重则发生爆炸，使厂房、设备毁坏，人员伤亡，后果十分惨重。因此，引起了世界各国的普遍关注，从而也推动了对问题的研究。1.2基于“合于使用”原则的压力容器安全评定概述目前，基于“合于使用”(FitnessforService)的安全评定技术得到了广泛的发展。“合于使用”原则是针对“完美无缺”原则而言的。在焊接结构的发展初期，要求结构在制造和使用过程中均不能有任何缺陷存在，即结构应该完美无缺，否则就要返修或报废；后来曾任英国焊接研究所所长之职的EdgarFuchs通过大量的试验证明：在铝合金焊接接头中，纵然有大量的气孔，对该接头的强度无任何不利影响，而返修却会造成结构或接头使用性能的降低。基于这一研究，英国焊接研究所首先提出了“合于使用”的概念，它明确承认焊接结构具有存在构件形状、材料性能偏差和缺陷的可能性，但是在建立于诸如应力分析、断裂力学、材料试验、质量检查、无损探伤等科学方法研究的基础上。“合于使用”原则的基础是理论分析和实验测试的科学方法，它取代了“完美无缺”的经验性方法，它要客观地保证压力容器不发生任何已知机制的失效事故。换句话说，“合于使用”原则对设计、制造人员的要求更高了，而不是像有人片面误解的那样，认为“合于使用原则是对结构的质量降低了要求川。东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文21.2.1“合于使用”原则的应用“合于使用”原则用于压力容器的设计阶段以确定其尺寸的允许偏差和缺陷的允许值，用于压力容器制造过程以确定其是否可以验收，用于压力容器使用过程以评定所发现的裂纹，确定其是否可以存在，也可以用于已有压力容器在新的使用条件下的安全评定等。基于“合于使用”原则的安全评定方法可以避免压力容器在生产和使用过程中的许多不必要的返修、报废等，可以更加客观地判断压力容器的安全性，从而产生巨大的经济利益。1.2.2安全评定的基本过程在基于“合于使用”的评定过程中，无例外地均需输入载荷、类裂纹缺陷和断裂韧度三个参量，因此其评定过程一般可以分为：(1)通过实验或有限元方法进行应力分析，计算和测定构件有缺陷部位的应力，包括外载荷产生的应力和残余应力。(2)通过定量无损检测，测定缺陷的种类、取向、大小等，并进行缺陷的规则化及复合等。(3)确定材料的力学性能，包括断裂强度b，屈服强度s，断裂韧性ICk等，推荐采用实测数据。最后，根据以上结果进行断裂力学计算，并通过相关的安全评定标准判断其安全性。在此过程中，一定要考虑材料的使用环境，如温度、腐蚀介质等。东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文3第二章缺陷安全评定基础BS7910(金属结构中缺陷验收评定方法导则)，是英国标准委员会(BSI)在1999年底公布、2000年发表的最新完整版的英国标准，称为BS7910：1999。在使用了近20年的PD6493及其发展版本的基础上，PD6493：1991已与PD6539：1994(高温评定方法)合并，根据它们近十年来研究成果，包括SINTAP的欧洲统一安全评定方法的研究成果，仍然采用三级评定方法对金属结构种的缺陷进行安全评定，2005年又进行了一些修正和补充，更新为BS7910：2005。BS7910标准在国际上普遍使用，并且经过多年的实践检验，具有很高的可靠度，因此，本课题研究参照英国标准BS7910展开，按照标准要求开展相关的试验、分析等工作。2.1BS7910标准所评缺陷类型BS7910评定标准评价的缺陷包括三种类型，分别是：（1）平面缺陷，包括裂纹、未熔透、咬边、凹面和焊瘤等；（2）非平面缺陷，包括凹坑、固体夹杂物、局部变薄等；（3）形状缺陷，包括错边、非完整剖面等。2.2BS7910推荐的缺陷评定步骤对已知缺陷的评定，推荐使用如下评定步骤：（1）确定缺陷类型，即确定平面缺陷、非平面缺陷或形状缺陷；（2）建立基本性能数据；（3）确定缺陷的尺寸；（4）评定可能的材料断裂机制和断裂概率；（5）确定最终失效模式的极限尺寸；（6）根据断裂概率，评定结构的剩余寿命，或者确定在役检查间隔亚；（7）在考虑适当的安全因子的情况下，如果缺陷不会增长到极限尺寸，则缺陷是可接受的。东北石油大学华瑞学院本科生毕业论文42.3缺陷评定过程所需的基本数据评定过程需要以下基本数据:（a）缺陷的种类、位置和方向（b）结构和接头几何形状，制造过程（c）应力参量（d）屈服应力或者0.2％验证强度，拉伸强度和弹性模量（一定情况下，需要完整的工程应力应变曲线）（e）断裂韧性（ICK、J和CTOD）数据2.4BS7910断裂评定方法BS7910评定方法以断裂力学为基础，主要采用失效评定曲线FAD图(failureassessment