国外压力容器和工业结构缺陷评定规范的新进展二.doc

国外压力容器和工业结构缺陷评定规范的新进展二
2、英国含缺陷结构完整性评定标准〔Ｒ6〕 美国初期的承压设备标准主要是关于新设备的制定、制造、检验的规则，并不提及在役设备的退化和使用中发现的新生缺陷和原始制造缺陷的处理问题。后来制定了一些在役检验规范，如API 510〔压力容器检验规范〕，API 570〔压力管道检验规范〕和API 653〔储罐检验规范〕，这些规范给出了有关在役设备检验、修理、改换，重新确定额定工作能力或改造的规划，但施行中发现仍然存在着不少不能解决的问题。API 579就是为此组织制定的，以确保老设备继续工作的安全；以提供合格的合乎使用的评定方法；以确保给出坚实可靠的寿命推测；以帮助在用设备的优化修理及操作；以确保旧设备有效利用提升经济服务的期限。这一规程和马上发表的API 580的结合将能提供风险评估、确定检验的优先次序和修理计划。 美国初期的承压设备标准主要是关于新设备的制定、制造、检验的规则，并不提及在役设备的退化和使用中发现的新生缺陷和原始制造缺陷的处理问题。后来制定了一些在役检验规范，如API 510〔压力容器检验规范〕，API 570〔压力管道检验规范〕和API 653〔储罐检验规范〕，这些规范给出了有关在役设备检验、修理、改换，重新确定额定工作能力或改造的规划，但施行中发现仍然存在着不少不能解决的问题。API 579就是为此组织制定的，以确保老设备继续工作的安全；以提供合格的合乎使用的评定方法；以确保给出坚实可靠的寿命推测；以帮助在用设备的优化修理及操作；以确保旧设备有效利用提升经济服务的期限。这一规程和马上发表的API 580的结合将能提供风险评估、确定检验的优先次序和修理计划。
API 579与其它标准不同之处是不仅包括在役设备缺陷安全评估，还在很广范围内给出在役设备及其材料的退化损伤的安全评估方法。前者的技术和BS7910、R6都相差不大，所以这里不再详述，但有很多内容是其他标准未讨论到的，这些内容对我们石油化工承压设备的工来说十分重要和有益。下面先列出某些章节的内容。
第4章：均匀腐蚀的评定
第5章：局部减薄及槽状缺陷的评定
第6章：点蚀的评定
第7章：鼓泡及分层的评定
第10章：高温蠕变操作元件的评定
第11章：火灾对设备造成损伤的评定
4.1 局部减薄及槽形凹坑的评定
包括评定技术及验收准则和剩余寿命评定的两类技术。
评定技术及验收准则又分为3级。级别1的评定是仅合计内压载荷的设备局 部减薄的评定，只要求凹坑表面长，宽，深来表征缺陷尺寸。级别2评定用于凹坑在壁厚方向的尺寸〔即深度〕变化很大时的评定，缺陷用深度变化形状来表征，可以合计更一般的载荷，例如筒壳上净截面弯矩，还可以用于接管区凹坑的评估。级别3用于更复杂区域的凹坑评定，一般都要求作具体的有限元分析。第5章长达39页，我国学者在这一领域已经做了不少工作，但API的工作值得作为我们今后继续研究时的参照。
4.2 点蚀评定
点蚀可能是非常分散的，也可能是集中在一个局部地区，如果单个凹坑就属于第5章的任务了。点蚀坑几何形状可能十分复杂，准确测量有时是困难的，但如果采纳第2级评定法时又是必要的。API 579提供了三级评定法，第1级只适用于韧性材料，如果由于温度或环境可能使材料脆化就要用第2级评定方法了。第1级和第2级只适用于承受内压的球、筒、锥等形状壳体上的点蚀评定。接管和管件等形状复杂的壳体上点蚀就必必需要采纳第3级评定方法。
4.3 鼓泡及分层缺陷的评定
本方法适用于氢致鼓泡承压元件的评定。湿H2S及HF在低温下由于原子氢的侵入钢内，在夹杂物处又结合成分子氢，因不可能再渗出而造成局部区的高压引起材料鼓泡分层。有时候鼓泡的周边裂痕会向壁厚方向扩展，特别是当鼓泡处于接近焊缝处，因而这是石油化工设备经常会碰到的一个问题。由超声波测得板中的分层除非证实是氢积存造成的不应视为鼓泡，如果其不平行于钢板表面应按面型缺陷进行断裂评定。如果它是平行于钢板表面也可以采纳本方法进行评定。API 579鼓泡评定方法也分成3级，各自适用范围基本上与第6章的点蚀评定相似。
4.4 火灾引起设备损伤的评定
遭受到火灾极高温加热的压力容器、管道和储罐可能外表看来结构损伤了，但力学性能没有显然的退化，可能还能够继续使用。所以必要建立这种问题的合乎使用的评定方法。
API 579第10章将火灾现场三维空间划分为6个区，分别为Ⅰ区〔室温区〕、Ⅱ区〔66℃以下烟及消防水染区〕、Ⅲ区〔66-200℃的低热暴露区〕、Ⅳ区〔200-427℃的中热暴露区〕、Ⅴ区〔427-732℃的接触火焰的高热暴露区〕、Ⅵ区〔732℃以上的极热区、火源区〕。区域的划分有利于判定灾区那些设备不必需要评定，那些设备要进行评定和如何进行评定都有重要的指导意义。
钢材表面在火灾中不同温度下有不同颜色，不同燃料在空气中燃烧时有不同颜色的烟雾，目击者的记录和当场摄像是很重要的原始资料。各种化学品、燃料和很多材料都有它们不同的燃点、熔点，在不同温度区材料的力学性能〔硬度和强度〕有它们的变化规律，金属氧化皮的形貌也与温度有关，依据火灾时现场摄相和灾后现场的状况勘察，按API 579给出的方法和提供的大量有关上述信息与温度关系的资料〔图及表〕就可以作出各个设备所在位置应属于什么区。
API 579提供了三级评定方法。第1级实际上是免于评定的标准。API 579标准给出了各种材料制设备在那些温度区是属于第1级的，如果属于第1级就可以免于评定了。例如碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢设备一般在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区时都可免于评定。但热处理的调质钢只有在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的才可免于评定。不免于评定的，即第1级评定不通过的，应按第2级评定方法进行评定。这样做可以大大缩小了应该予以具体评定设备的数量，例如炼油厂有一个常压精馏塔，查其外保温的镀锌铁皮表面镀锌层完好，由于锌的熔点是420℃，在温度超过420℃时锌必定会流下来或者被气化，既然镀锌层完好所以该处不可能属于第Ⅴ区，因而可免于评定。
第2级评定较复杂一些，材料表面硬度，现场金相表面覆膜，磁粉或渗透探伤，外形尺寸变形的宏观检测都将采纳。API 579给出了碳钢材料在不同火灾温度下暴露后晶粒尺寸变化规律、奥氏体不锈钢的敏感性资料〔即不同含碳量的奥氏体钢形成碳化铬在晶界中沉析的温度时间条件曲线图，由全相覆膜是否发现这一特别金相组织可起温度指示器的作用〕和第2 级的评定方法。一般评定过程是：依据现场实测硬度估算材料强度后按API 579规定的公式确定实际材料许用应力，然后用常规的简单公式进行强度校核。如果发现有裂痕状缺陷、局部减薄等缺陷时还应该按不同的缺陷评定方法进行评定。在评定中还应合计在火焰中表面壳体和内件间的庞大温差是否引起了裂痕；有时还必需要合计材料的蠕变损伤，但只要高温时间不长可以免予合计。第3级评定是用于第2级评定法无法执行或者通不过的时候。前者，如结构已严重变形或者在结构不连续部位壳体畸变，常规制定用的强度计算公式已不适用，就只好采纳有限元计算和应力分类的分析制定方法进行强度校核的第3级评定了。由于第2级评按时材料强度是硬度间接核算方法得到的，所以所用的许用应力是很保守的，如果是由于这个原因而没有通过第2级的评定的话，采纳第3级的方法，由现场金相或直接取样进行力学性能实测就有可能通过。