氮氣凈化罐凹坑缺陷安全評定

朱 兵 沈正軍

（南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院）

氮氣凈化罐凹坑缺陷安全評定

朱 兵*沈正軍

（南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院）

某企業在壓力容器定期檢驗過程中，發現一臺氮氣凈化罐存在凹坑缺陷。依據GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》，利用ANSYS有限元分析軟件對該設備進行了安全評定。結果表明，該設備的凹坑缺陷是可以接受的。

氮氣凈化罐 凹坑缺陷 安全評定 壓力容器 應力 定期檢驗

0 引言

壓力容器定期檢驗是保障壓力容器安全運行的重要措施之一。在運行和使用過程中，壓力容器受到工作載荷及使用環境的影響，其力學性能也會隨之發生變化。另外，有些介質會對其金屬殼體產生腐蝕，使壓力容器的器壁逐漸減薄，承載強度逐步下降。所以，必須定期對壓力容器進行全面的技術檢驗，對壓力容器技術狀況做出科學的判斷，以確定壓力容器可否繼續安全使用。國內外學者對含缺陷壓力容器的安全評定進行了很多研究[1-6]。

本文依據國家標準GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》[7]，利用ANSYS有限元分析軟件對一臺存在凹坑缺陷的氮氣凈化罐進行了安全評定。結果表明，該設備的凹坑缺陷是可以接受的。

1 安全評定標準

GB/T 19624—2004標準中常用的評定方法有：

（1）平面缺陷的簡化評定（簡稱簡化評定）；

（2）平面缺陷的常規評定（簡稱常規評定）；

（3）凹坑缺陷的評定（簡稱凹坑評定）；

（4）氣孔及夾渣缺陷的評定（簡稱氣孔夾渣評定）。

在對某大型石化企業壓力容器檢驗過程中，發現一臺氮氣凈化罐存在凹坑缺陷，如圖1所示。根據有關標準規范，該設備凹坑缺陷的安全評定步驟如下所述：（a）缺陷的表征（確定凹坑缺陷的長度2X、寬度2Y、深度Z）；（b）缺陷部位容器尺寸的確定（確定凹坑所在部位容器的計算厚度B和平均半徑R）；（c）材料性能數據的確定（確定評定工況下材料的屈服點σs）；（d）無量綱參數G0的計算和免于評定的判別；（e）塑性極限載荷和最高容許工作壓力的確定；（f）安全性評價。

圖1 含凹坑缺陷的氮氣凈化罐

2 ANSYS軟件

ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內應用增長最快的計算機輔助工程（CAE）軟件，能與多數計算機輔助設計軟件接口，實現數據的共享和交換。該大型通用有限元分析軟件融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體。軟件主要包括三個部分：前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊。

前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。

3 參數的確定

3.1 設備設計參數

該氮氣凈化罐設計參數如表1所示。該設備已經累計運行將近20年之久，因此對其進行安全評定顯得尤為重要。

3.2 凹坑缺陷的尺寸

根據凹坑缺陷的實際位置、形狀和尺寸，通過現場測量并依據國家標準GB/T 19624—2004中5.3.2條的規定將其規則化，缺陷尺寸如圖2所示，凹坑深度為2.1 mm。

表1 氮氣凈化罐設計參數

圖2 缺陷尺寸規則化圖 (單位：mm)

4 利用ANSYS軟件進行安全評定

根據該設備的參數和凹坑缺陷尺寸，建立模型如圖3所示。單元類型為Solid45；單元數量為52 317。圖4所示為網格劃分后的模型。通過對該模型施加載荷進行計算，可以得出凹坑處的應力云圖，如圖5、圖6所示。

圖3 氮氣凈化罐模型

由ANSYS有限元計算結果可以看出，最大應力點均不在凹坑處，且最大應力為7.933 MPa。所以，凹坑1和凹坑2不影響氮氣凈化罐使用，即該設備的凹坑缺陷是可以接受的。

圖4 模型網格圖

圖5 凹坑1附近應力云圖

圖6 凹坑2附近應力云圖

5 結論

本文結合國家標準GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》，采用ANSYS有限元分析軟件對某大型石化企業壓力容器凹坑缺陷進行安全評定。結果表明，該設備的凹坑缺陷是可以接受的。

[1] 徐尊平，程南璞，雷斌隆，等.壓力鋼管表面凹坑缺陷的安全評定[J].焊接學報，2007，28（8）：62-64.

[2] 呂維平，劉菲.含缺陷承壓設備安全評定 [J].內蒙古石油化工，2008，34（1）：84-85.

[3] 姜煥勇，董保勝，趙新偉，等.含缺陷壓力容器的適用性評價技術及其進展 [J].石油化工設備技術，2005，26（5）：41-46.

[4] 鄭津洋.我國承壓設備學的研究現狀和優先研究領域[J].石油機械，2005，33（3）：21-24.

[5] WANG M，LANG F，GONG J，et al.New advances in investigtion of defect assessment of pressure vessels on active service [J].JournalofGansu University of Technology，2001，27（1）：44-48.

[6] AINSWORTH R A.Failure assessment diagrams for use in R6 assessments for austenitic components[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping，1996，65（3）：303-309.

[7] 全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.在用含缺陷壓力容器安全評定：GB/T 19624—2004[S].北京：中國標準出版社，2005.

延長石油煤焦油合成氣一體化裝置實現平穩運行

目前，延長石油集團碳氫高效利用技術研究中心自主研發的煤提取煤焦油與制合成氣一體化（CCSI）技術萬噸級工業試驗裝置，實現144 h平穩運行，煤焦油產率達16.23%，合成氣有效氣大于35%，為工業化應用奠定了堅實基礎。根據該技術開發的100萬t/a CCSI產業化裝置工藝包編制已同期開展，預計在 “十三五”期間將推出工業示范裝置并進行技術推廣。

CCSI技術將粉煤熱解與粉焦氣化有機結合在一個反應器內分級轉化和優化集成，以空氣作為氣化劑，直接將煤炭轉化成煤焦油和粗合成氣。不僅高效制得煤焦油，而且其中的氫資源也得到充分利用，還實現了粉焦高效轉化，真正做到物盡其用。我國每年燃煤發電使用量約20億t，其中70%左右的電廠使用亞臨界壓力鍋爐。如果全部用CCSI技術改造，在大幅提高發電效率的同時，還將多產約2億t煤焦油，可替代進口量50%以上的原油。此外，對于新建的超低排放電廠，可采用CCSI－燃氣輪發電模式，無需配套大型空分設備，投資成本可大幅降低。

（江鎮海）

Safety Assessment of Dent Defect in Nitrogen Purge Tank

Zhu Bing Shen Zhengjun

During a periodical inspection of a pressure vessel in a large petrochemical enterprise,a nitrogen cleaning tank is found to have a dent defect.According to the national standard GB/T 19624-2004,the safety evaluation of the equipment is carried out by using ANSYS finite element analysis software.The results show that the dent defect of the device is acceptable.

Nitrogen purge tank;Dent defect;Safety assessment;Pressure vessel;Stress;Periodical inspection

TQ 050.2

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.014

2016-12-24）

*朱兵，男，1985年生，碩士，工程師。南京市，210002。