在役壓力容器局部凹坑的安全性評定分析

雷玉蘭

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院鎮(zhèn)江分院)

0 前言

如何保證壓力容器的安全使用是壓力容器檢驗部門所關心的重點問題。壓力容器在使用過程中，由于介質(zhì)沖刷、腐蝕和碰撞等原因會在器壁上形成凹坑。此外，由于材料出現(xiàn)裂紋或材質(zhì)本身帶有其他的缺陷，經(jīng)打磨消除后材料表面也將產(chǎn)生凹坑。凹坑的存在一定程度上會降低壓力容器的可靠性，增加安全風險。但并非所有的凹坑都會影響安全使用，在參照GB/T 19624標準進行合理的安全評定后，若滿足安全評定要求，就可免去不必要的返修及更換，避免在補焊過程中產(chǎn)生新生缺陷的風險，同時還可結合有限元分析印證結果的合理性，以充分保障壓力容器的安全使用。

1 國內(nèi)外常用壓力容器安全評價標準

1.1 國外標準

國際上是從20世紀80年代才開始進行承壓設備安全性評價研究的，隨著斷裂力學和計算機技術的發(fā)展，逐步形成了一系列兼顧安全性和經(jīng)濟性的評價方法，并制定了相關的標準。針對裂紋性缺陷的評價標準及圖表，主要有美國的ASME-SectionⅪ “核電站構件在役檢測規(guī)范以及形變塑性失效評價圖” （1995年）。針對平面性缺陷的評價標準，主要有英國的 “含缺陷結構的完整性評價” （1988年），以及國際焊接學會 （IIW）制定的 “焊接結構適用性評價指南” （1990年）。在石油化工行業(yè)中的安全性評價程序有ASME-B31G，該套評價程序可用來確定腐蝕管線的剩余強度。

1.2 國內(nèi)標準

我國對承壓設備的適用性評價研究起步較晚。最早是由中國壓力容器學會、中國化工機械與自動化學會起草并編制了 《壓力容器缺陷評定規(guī)范》CADA—1984，該標準延續(xù)使用至2004年，然后由最新的GB/T 19624《在用含缺陷壓力容器安全評定》所代替。GB/T 19624—2004適用于含有平面缺陷或體積缺陷的鋼制壓力容器、鍋爐、壓力管道的安全性評定。對于平面缺陷采用的是失效評定圖。凹坑屬于體積型缺陷，先通過計算塑性極限載荷來確定最高容許工作壓力，然后完成安全性評估。通常凹坑缺陷的安全性評定流程如圖1所示。

圖1 凹坑缺陷的安全性評定流程

2 凹坑評定案例

2.1 對象參數(shù)確定

某化工廠有一臺高壓空氣儲罐，在投用三年后首次開罐全面檢驗。做磁粉探傷時發(fā)現(xiàn)，在筒體上距離下封頭環(huán)焊縫445 mm處有一裂紋。于是，用電砂輪打磨至缺陷完全消除，且打磨處圓滑過渡，然后再次表面探傷，確認無其他裂紋性缺陷。此時筒體打磨處呈一橢圓形凹坑。經(jīng)測量，凹坑最深處為Z=29 mm，長軸2X=343 mm，短軸2Y=176 mm，其他基本參數(shù)見表1。

2.2 缺陷規(guī)則化處理

根據(jù)GB/T 19624—2004，對缺陷尺寸進行規(guī)則化處理。凹坑外邊緣處測得容器壁厚為B0=139 mm。凹坑尺寸及容器本體情況符合GB/T 19624—2004中評定限定條件的要求，以檢驗周期為5年計進行安全性評定，腐蝕速率為0.3 mm/a，按此腐蝕速率4年后容器壁厚B=137.8 mm，容器平均半徑R=(1100+137.8)/2=618.9 mm。

表1 凹坑的幾何尺寸及材料特性

2.3 無量綱參數(shù)計算及判定

該凹坑滿足要求，可進行無量綱參數(shù)G0的計算。

G0=0.123≥0.1，不滿足安全條件。

2.4 安全性評定

該容器材質(zhì)為SA-737-C，查相關標準，其屈服強度σs=415 MPa。因凹坑處于非焊縫區(qū)域，故可取′=σs。

無凹坑時殼體塑性極限載荷

帶凹坑時殼體塑性極限載荷

帶凹坑缺陷時殼體最高允許工作壓力

容器最高壓力

3 結論

通過上述評定，在無量綱參數(shù)G0≥0.1的情況下，經(jīng)過計算確定容器殼體所承受的最高工作壓力小于安全評定壓力，可認為壓力容器處于安全范圍，可不實施補焊或其他處理措施繼續(xù)使用。因此合理的安全評定可有效地保證壓力容器的使用安全，避免返修可能帶來的新的損傷，提高壓力容器的使用效率。

[1] 種玉寶，于惠君，劉明亮，等.在役含缺陷壓力管道安全評定方法 [J] .石油化工設備，2010，39(6):20-22.

[2] GB/T 19624—2004.在用含缺陷壓力容器安全評定[S] .