GB∕T 35013-2018 承压设备合于使用评价.pdf

I C S2 3.0 2 0.3 0J7 4中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准G B/T3 5 0 1 32 0 1 8承压设备合于使用评价F i t n e s s - f o r - s e r v i c ea s s e s s m e n t o fp r e s s u r e e q u i p m e n t s2 0 1 8 - 0 5 - 1 4发布2 0 1 8 - 1 2 - 0 1实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局中国国家标准化管理委员会发 布目 次前言引言1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 通用要求25 均匀减薄评价36 局部减薄评价1 27 点蚀评价2 68 氢致开裂、 氢鼓包和应力导向氢致开裂评价3 99 凹陷和沟槽评价4 61 0 错边、 棱角和不圆评价5 01 1 火灾损伤评价6 21 2 蠕变损伤评价7 0附录A( 资料性附录) 蠕变数据1 0 6附录B( 规范性附录) 脆性断裂倾向评价1 1 5附录C( 资料性附录) 腐蚀疲劳裂纹扩展加速因子的确定方法1 2 3附录D( 资料性附录) 常见材料硬度值范围1 2 5附录E( 资料性附录) 常见材料国内外牌号对照1 2 8G B/T3 5 0 1 32 0 1 8前 言 本标准按照G B/T1.12 0 0 9给出的规则起草。本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(S A C/T C2 6 2) 提出并归口。本标准起草单位: 中国特种设备检测研究院、 国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局、 合肥通用机械研究院、 南京工业大学、 华东理工大学、 北京航空航天大学、 清华大学、 浙江工业大学。本标准主要起草人: 王辉、 贾国栋、 陈学东、 孙亮、 赵建平、 轩福贞、 张峥、 邵珊珊、 范志超、 汪逸安、刘应华、 董杰、 李翔、 高增梁、 吕运容、 王笑梅、 韩志远、 艾志斌。G B/T3 5 0 1 32 0 1 8引 言 本标准编制的目的在于评价服役中的承压设备是否适合预期的工况及环境, 制造缺陷、 服役过程中产生的缺陷或损伤是否威胁其运行安全, 使用本标准可以对设备继续运行或改造、 维修、 报废、 更换等决策提供技术支撑。本标准涉及多个交叉学科, 使用者可根据评价的具体情况予以选用, 并与G B/T1 9 6 2 4以及压力容器、 管道、 锅炉和陆上储罐等相关规范或标准配合使用。使用本标准给出的方法对超期服役承压设备进行评价, 可以为设备的延寿提供参考, 节约成本, 提高企业经济效益。G B/T3 5 0 1 32 0 1 8承压设备合于使用评价1 范围1.1 本标准规定了金属制承压设备的合于使用评价方法。1.2 本标准适用于金属制承压设备缺陷和损伤模式的评价, 本标准适用的缺陷和损伤模式包括腐蚀减薄( 均匀减薄、 局部减薄和点蚀) , 氢致开裂、 氢鼓包和应力导向氢致开裂, 凹陷和沟槽, 错边、 棱角和不圆, 火灾损伤, 蠕变损伤和低温脆性断裂。平面缺陷的断裂和疲劳评价可按照G B/T1 9 6 2 4进行。1.3 本标准不适用于下列承压设备: 核能装置中承受核辐射的承压设备; 机器上非独立的承压部件( 如压缩机、 发电机、 泵、 柴油机的承压壳或气缸等) ; 电力行业专用的封闭式电气设备的电容压力容器( 封闭电器) 。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本( 包括所有的修改单) 适用于本文件。G B/T1 5 0.3 压力容器 第3部分: 设计G B/T1 1 7 2 黑色金属硬度及强度换算值G B/T6 3 9 8 金属材料 疲劳试验 疲劳裂纹扩展方法G B/T1 9 6 2 4 在用含缺陷压力容器安全评定G B/T2 0 8 0 1.2 压力管道规范 工业管道 第2部分: 材料G B/T3 0 5 7 9 承压设备损伤模式识别3 术语和定义G B/T1 9 6 2 4界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1部件 c o m p o n e n t s根据规范、 标准设计制造的承压设备的受压元件或其组合。3.2热暴露区 h e a t e x p o s u r e z o n e部件承受某一特定火灾温度范围的区域。3.3热暴露区等级 h e a t e x p o s u r e l e v e l部件在火灾过程中的暴露温度等级, 根据部件在火灾中达到的最高金属壁温确定。3.4临界暴露温度 c r i t i c a l e x p o s u r e t e m p e r a t u r e;C E T操作条件或常压工况下, 压力和附加载荷引起的主应力大于5 5MP a时对应的最低金属温度。注1:操作条件包括开停工、 操作波动和停机。C E T可以是单一的温度, 也可以是基于压力的温度系列值。1G B/T3 5 0 1 32 0 1 8注2:常压储罐C E T取最低日平均气温加8, 或者取水压试验的温度。低压储罐采用与压力容器相同的方法确定其C E T。4 通用要求4.1 单位和人员要求采用本标准的单位在实施合于使用评价时应遵守国家相关法律、 法规的规定, 并建立相应的质量控制程序。进行合于使用评价的人员应具有必要的力学、 材料、 工艺、 腐蚀、 检验等知识背景和实践经验,并经过专业培训合格。4.2 一般要求4.2.1 承压设备的合于使用评价一般应包括对评定对象的状况调查( 历史、 工况、 环境等) 、 缺陷和损伤检测、 损伤模式识别和缺陷成因分析、 材料性能获取、 必要的实验与计算, 并根据本标准的规定对评定对象的安全性进行综合分析和评价。4.2.2 进行合于使用评价时应考虑各种可能存在的工况。4.2.3 如果设备或部件包含多种缺陷或损伤, 应结合针对所有缺陷类型和损伤的多种评价方法进行综合评价, 对各种可能的损伤和失效模式进行判断和评价后, 才能给出评价结论。4.2.4 针对每种缺陷或损伤, 本标准给出多级评价方法。应根据缺陷或损伤的类型和部件类型, 选择合适的方法进行评价。4.2.5 通过按照本标准进行的合于使用评价, 不能作为提高承压设备设计压力的依据。4.2.6 按照本标准进行合于使用评价的结果的采用, 不免除承压设备的设计、 制造、 安装、 修理、 改造等各有关方应承担的相应责任。4.3 合于使用评价中的基础工作4.3.1 损伤模式识别和缺陷成因分析按照G B/T3 0 5 7 9进行损伤模式识别和缺陷成因分析。4.3.2 基础数据获得4.3.2.1 缺陷和损伤检测对被评价对象可能存在的各种缺陷、 损伤, 应根据材料和结构等合理选择有效的检测方法和设备进行全面的检测, 缺陷和损伤检测结果应准确、 真实、 可靠。对于无法进行无损检测的部位存在缺陷和损伤的可能性应有足够的考虑, 合于使用评价人员和无损检测人员应根据经验和具体情况作出保守的估计。4.3.2.2 材料性能获得应按G B/T1 9 6 2 4和其他有关标准的规定确定材料性能数据。应充分考虑材料性能数据的分散性和材料性能劣化, 并按偏于保守的原则确定所需的材料性能数值。4.3.2.3 应力水平确定可按照相应设计标准计算应力, 必要时进行应力分析。应力分析应采用成熟、 可靠的方法, 并考虑各种可能的载荷及其组合。2G B/T3 5 0 1 32 0 1 84.4 部件分类4.4.1 A类承受压力( 含液柱静压力) 或其他载荷, 利用设计标准中的计算公式可以直接得到计算厚度的元件,主要包括:a) 圆筒或锥壳;b) 球壳;c) 凸形封头( 球形、 椭圆形、 碟形、 球冠形) 和平盖;d) 直管段、 弯管、 弯头;e) 储罐壁板。4.4.2 B类承受压力( 含液柱静压力) 或其他载荷, 设计标准中未提供直接计算厚度的公式, 但提供了设计计算的方法, 例如开孔补强、 法兰设计。部件的设计计算涉及多个元件, 元件厚度相互影响, 无法单独确定其中一个元件的最小厚度。主要包括:a) 圆筒与接管、 封头与接管、 主管道与支管的连接处;b) 锥壳加强段或过渡段;c) 圆筒与平盖连接处;d) 整体管板;e) 法兰;f) 管道系统。4.4.3 C类承受压力( 含液柱静压力) 或其他载荷, 设计标准中未提供计算厚度的公式, 也未提供局部应力的计算方法, 主要包括:a) 凸形封头和圆筒的连接处;b) 壳体加强圈;c) 压力容器的裙座或耳式支座;d) 储罐壁板和底板连接处。5 均匀减薄评价5.1 总则本章规定了含减薄缺陷承压部件的壁厚测定、 表征方法, 以及含均匀减薄型缺陷的承压部件合于使用评价方法。本章的评价方法不适用于在蠕变温度范围内服役的部件, 蠕变温度范围参见附录A表A.1。5.2 符号AR 加强圈或支撑圈的截面积, 单位为mm2;c 金属减薄区的环向长度, 单位为mm;C OV 常规测厚所得壁厚实测值的变异系数;D 圆筒、 球壳、 椭圆封头、 弯头的内直径, 单位为mm;3G B/T3 5 0 1 32 0 1 8di 接管内径, 单位为mm;Do 圆筒、 球壳、 椭圆封头、 弯头的外直径, 单位为mm;Do 1 三通主管外径, 单位为mm;Do 2 三通支管外径, 单位为mm;F 自重或自重加热载荷工况下有效截面上的轴向力, 单位为N;F 广义载荷向量, 采用与各载荷相适应的量纲;F 参考载荷向量, 采用与各载荷相适应的量纲;FL 极限载荷向量, 采用与各载荷相适应的量纲;F C A 未来计划运行时间内的腐蚀量, 单位为mm;GB P 对内压载荷的弯头形状修正系数;H 当底部封头切线位于裙座内部时, 裙座角焊缝至底部封头切线的距离, 单位为mm;hi 椭圆封头内曲面深度, 单位为mm;K 外径与内径之比;K1 三通主管外径与内径之比;L 部件的特征长度, 单位为mm;Ln i 不连续结构中, 容器或主管道的环向测厚范围, 单位为mm;Ln o 不连续结构中, 接管或支管的轴向测厚范围, 单位为mm;Ls 测厚网格线间距, 单位为mm;Lv 不连续结构中, 容器或主管道的轴向测厚范围, 单位为mm;n 常规测厚点的总数;P 评价计算压力, 单位为MP a;pL 塑性极限内压载荷, 单位为MP a;R 圆筒的内半径或弯头的弯曲半径, 单位为mm;RL 锥壳过渡段大端圆筒内半径, 单位为mm;RS 锥壳过渡段小端圆筒内半径, 单位为mm;rm 弯头的平均半径,rm=Do+D4, 单位为mm;St 常规测厚所得壁厚实测值的标准差, 单位为mm;s 金属减薄区的轴向长度, 单位为mm;t 弯头评价用计算壁厚, 单位为mm;tL 锥壳过渡段大端圆筒供货壁厚, 单位为mm;tS 锥壳过渡段小端圆筒供货壁厚, 单位为mm;tZ 锥壳供货壁厚, 单位为mm;ta m 部件实测壁厚的表征值, 单位为mm;tCa m 部件环向实测壁厚的表征值, 单位为mm;tSa m 部件轴向实测壁厚的表征值, 单位为mm;tc 评价用计算壁厚, 单位为mm;tCc 基于危险壁厚截面测厚的圆筒、 锥壳、 弯头的环向评价计算用壁厚, 单位为mm;tGc 基于危险壁厚截面测厚的球壳、 凸形封头的评价计算用壁厚, 单位为mm;tSc 基于危险壁厚截面测厚的圆筒、 锥壳、 弯头的轴向评价计算用壁厚, 单位为mm;te 加强圈供货壁厚, 单位为mm;tm i n 根据设计规范或标准确定的部件所需最小壁厚, 单位为mm;tCm i n 根据设计规范或标准确定的部件环向所需最小壁厚, 单位为mm;4G B/T3 5 0 1 32 0 1 8tSm i n 根据设计规范或标准确定的部件轴向所需最小壁厚, 单位为mm;tmm 危险壁厚截面法测厚所得部件最小实测壁厚, 单位为mm;tn 不连续结构接管的名义壁厚, 单位为mm;tn o m 名义壁厚, 单位为mm;tr d 远离金属减薄区的实测壁厚, 单位为mm;tt 常规测厚所得壁厚实测值的平均值, 单位为mm;tti 常规测厚所得壁厚实测值,i=1,2, ,n, 单位为mm;tt m 常规测厚所得部件最小实测壁厚, 单位为mm;tv 不连续结构圆筒或主管道的供货壁厚, 单位为mm;t1 三通主管评价用计算壁厚, 单位为mm;t2 三通支管评价用计算壁厚, 单位为mm;T i m em a x 结构失稳时的加载系数;y s 评价温度下的屈服强度, 单位为MP a。5.3 金属减薄的判定与分析步骤按以下步骤进行金属减薄的判定与分析, 如图1所示:a) 按5.4.2进行常规测厚及金属减薄的均匀性判断;b) 若壁厚变异系数C OV0.1, 则判定为均匀减薄, 按5.5和5.6进行评价; 否则, 进行下一步;c) 按5.4.3进行基于危险壁厚截面法的测厚及分析, 若减薄区范围大于特征长度, 则判定为均匀减薄, 按5.5和5.6进行评价; 否则, 判定为局部减薄, 按第6章进行评价。5.4 壁厚测定与减薄缺陷的尺寸表征5.4.1 壁厚测定范围5.4.1.1 应以独立计算壁厚的承压部件为检测对象进行测厚和壁厚分析统计, 确定壁厚表征值。壁厚测定分常规测厚和危险壁厚截面法测厚。5.4.1.2 首先应对检测对象进行常规测厚, 根据常规测厚结果进行分析, 必要时进行基于危险壁厚截面法的测厚和分析。5.4.1.3 如果金属减薄区相距很近, 或金属减薄区位于总体结构不连续处, 则应保证测厚区具有足够的覆盖范围, 以获取足够的壁厚读数值, 图2图4为推荐的不连续结构测厚区域覆盖范围。5G B/T3 5 0 1 32 0 1 8图1 金属减薄的判定与分析步骤5.4.2 常规测厚及分析5.4.2.1 对承压部件进行均匀覆盖且不低于1 5点的壁厚测定, 所得壁厚实测值记为tti(i=1,2, ,n;n1 5) 。5.4.2.2 按式(1) 计算5.4.2.1中获得的实测壁厚的变异系数。COV=Sttt(1)tt=1nni=1tti(2)St=ni=1(tti-tt)2n-1(3)5.4.2.3 如果C OV0.1, 则判定为均匀减薄, 按5.55.6进行评价。评价时, 取实测壁厚的平均值为壁厚表征值, 即:ta m=tt(4)5.4.2.4 如果C OV0.1, 则按5.4.3进行基于危险壁厚截面法的测厚与分析。取常规测厚所得壁厚实测值最小值为最小实测壁厚tt m, 并确定部件上远离金属减薄区的实测壁厚tr d。tt m=m i ntti,(i=1,2, ,n) (5)6G B/T3 5 0 1 32 0 1 8 说明: Lv=m a xdi,di/2+tn+tv ; Ln o=m i n2.5tv,2.5tn+te ; Ln i=m i n2.5tv,2.5tn di取当前实测值并考虑F C A。图2 测厚区 接管或分支连接件 说明: 在小端圆筒,Lv=0.7 8RStS; 在大端圆筒,Lv=0.7 8RLtL; 在锥壳小端,Lv=0.7 8RStZ; 在锥壳大端,Lv=0.7 8RLtZ; RS、RL取当前实测值并考虑F C A。图3 测厚区 锥壳过渡段 说明: Lv=R tv; 当有ARAR+1 5 6tvR tv0.6 5时, 把加强圈或支持圈看成一个主要的轴对称不连续部件; R取实测值并考虑F C A。图4 测厚区 轴对称不连续区7G B/T3 5 0 1 32 0 1 85.4.3 基于危险壁厚截面法的测厚与分析5.4.3.1 对应承压部件的轴向和环向, 设置两组正交的能够完全覆盖金属减薄区的测厚网格线, 网格线的间距应不大于按式(6) 计算所得的Ls。Ls=m i n0.3 6D tt m,2tr d(6)5.4.3.2 测厚网格边缘处的实测壁厚应不低于tr d的9 0%, 否则, 应增加测厚网格线所覆盖的范围。确定金属减薄区域的轴向长度s和环向长度c。5.4.3.3 设全部测厚网格有Nm条轴向网格线和Nc条环向网格线, 在网格线交点处进行壁厚测定, 且每条网格线上的测厚点应不小于5个。分别统计各轴向和环向网格线上的最小实测壁厚值。5.4.3.4 使用各轴向网格线上的最小实测壁厚值建立环向危险壁厚截面图(C T P) , 使用各环向网格线上的最小实测壁厚值建立轴向危险壁厚截面图, 如图5所示; 对于常压或低压储罐, 仅需建立轴向危险壁厚截面图。图5 测厚网格与危险壁厚截面图5.4.3.5 如果存在多个金属减薄区, 应按以下方法考虑相邻金属减薄区的相互影响:a) 按面积从小到大对金属减薄区进行排序, 作为待评价序列;b) 从最小的金属减薄区开始判断, 以最小的金属减薄区中心为中心画矩形, 矩形的轴向长度、 环向长度应为当前金属减薄区轴向长度、 环向长度的2倍;c) 如果在所画的矩形中没有其他金属减薄区, 则当前的金属减薄区是独立的, 需将其从待评价序列删除;d) 如果在所画的矩形中存在其他金属减薄区, 则应将当前的金属减薄区与所画矩形中出现的金属减薄区合并为一个新的金属减薄区, 将参与合并的金属减薄区从待评价序列删除, 并根据面积大小将合并形成的新金属减薄区放入待评价序列的相应位置;e) 返回b) , 直至待评价序列为空;f) 需对所有判定为独立的金属减薄区进行评价。5.4.3.6 按以下方法确定部件特征长度L, 判断金属减薄是均匀减薄还是局部减薄, 并确定相应的评价方法:a) 计算部件的特征长度L:L=Q D tc(7)tc=tr d-F C A(8)8G B/T3 5 0 1 32 0 1 8Rt=tmm-F C Atc(9)Q=1.1 2 31-Rt1-Rt/0.92-1, 当Rt0.9时Q=5 0 , 当Rt0.9时(1 0) b) 如果金属减薄区范围s和c大于或等于L, 则判定为均匀减薄, 按5.4.3.7进行壁厚表征, 按5.55.6进行评价。c) 如果金属减薄区范围s或c小于L, 则判定为局部减薄, 按第6章进行评价。5.4.3.7 若基于危险壁厚截面法判定为均匀减薄, 在均匀减薄的轴向和环向危险截面图上, 建立以L为长度且包含最小实测壁厚点的统计区间, 以该区间内的壁厚平均值作为轴向壁厚表征值tSa m和环向壁厚表征值tCa m。应尝试建立最小实测壁厚点位于不同位置的多个统计区间, 以使获得的壁厚表征值最小, 或保守的取tSa m=tCa m=tmm。5.5 均匀减薄评价方法限定条件5.5.1 1级评价适用于仅承受内压或外压而不计其他附加载荷的A类部件, 按设计准则进行评价。当不满足1级评价限定条件或1级评价结果不通过时, 可进行2级评价。2级评价适用于材料韧性满足要求的承受内压、 外压、 附加载荷和上述载荷共同作用的A类、B类或C类部件, 按塑性极限准则进行评价。5.5.2 待评价部件应满足以下条件:a) 原设计满足相关的规范或标准要求;b) 材料具有足够的韧性;c) 所评价区域无裂纹类缺陷或其他焊接埋藏缺陷;d) 金属减薄区的表面及周边具有光滑的轮廓;e) 不承受循环载荷。5.5.3 存在下列情况时, 还应与其他方法配合使用, 完成金属减薄缺陷的评价:a) 根据表A.1判断部件操作温度位于材料蠕变区时, 应进行蠕变评价;b) 碳钢和低合金钢材料有脆性断裂可能性时, 按附录B进行脆性断裂倾向评价;c) 部件在循环载荷下服役时, 应进行疲劳评价;d) 当判断材料性能有退化倾向时, 评价前应确定材料性能与继续服役时间的关系, 使用可靠的材料强度值进行评价;e) 对于位于结构不连续区的金属减薄缺陷, 应考虑结构不连续导致的应力集中效应;f) 对于腐蚀疲劳工况下的裂纹型缺陷, 应考虑腐蚀和疲劳的共同作用, 腐蚀疲劳裂纹扩展加速因子的确定方法参见附录C。5.6 均匀减薄评价方法5.6.1 1级评价5.6.1.1 使用常规测厚数据的1级评价:a) 按式(1 1) 确定评价用计算壁厚:tc=ta m-F C A(1 1) b) 按设计准则和实际使用条件确定待评价部件的所需最小壁厚tm i n;c) 满足式(1 2) 所示评价准则则通过1级评价:tctm i n(1 2)9G B/T3 5 0 1 32 0 1 85.6.1.2 使用危险壁厚截面法测厚数据的1级评价:a) 确定评价用计算壁厚:1) 圆筒、 锥壳或弯头:tSc=tSa m-F C A(1 3)tCc=tCa m-F C A(1 4)2) 球壳或凸形封头:tGc=m i ntSc,tCc(1 5) b) 按设计准则和实际使用条件确定待评价部件的所需最小壁厚;c) 若满足以下评价准则, 则通过1级评价:1) 圆筒、 锥壳或弯头:tSctSm i n 且 tCctCm i n(1 6)2) 球壳或凸形封头:tGctm i n(1 7)3) 常压储罐tSctm i n(1 8)5.6.2 2级评价5.6.2.1 评价用结构参量的确定评价用结构参量的确定方法如下:a) 根据均匀减薄的实际情况, 考虑未来计划运行时间内的腐蚀量, 确定所评价构件的直径、 壁厚等结构参量的取值。b) 使用常规测厚数据, 按式(1 1) 确定评价用计算壁厚。c) 使用危险壁厚截面法测厚数据, 按式(1 9) 确定评价用计算壁厚。tc=m i ntSa m-F C A,tCa m-F C A(1 9)5.6.2.2 承受内压的典型部件评价方法对于仅承受内压、 附加载荷可忽略的圆筒、 球壳、 球形封头、 椭圆封头、 弯管、 焊制三通( 接管) 结构( 结构示意图见图6图1 0) , 按以下公式确定部件塑性极限内压载荷PL, 分析时应考虑未来计划运行时间内的腐蚀量:a) 内压圆筒pL=23y sl n(K) (1.0 0 1K1.2 5)(2 0) b) 内压球壳或球型封头pL=2y sl n(K) (1.0 0 1K1.2 5)(2 1) c) 椭圆封头pL= 0.3 4 91D2hi2-1.4 3 59D2hi+3.0 8 68y sl n(K)1.2D2hi2.6,1.0 0 1 K1.2 5(2 2) d) 弯管或弯头pL=2GB PRR-rm2+RR-rm+1y strm (1.0 3K1.2 5)(2 3)01G B/T3 5 0 1 32 0 1 8 式中:GB P 承受内压载荷弯头的形状修正系数, 按式(2 4) 计算:GB P=0.2 8 40K+0.8 7 27 R/Do=1.00.1 8 72K+0.8 3 15 R/Do=1.5(2 4)图6 内压圆筒结构示意图图7 内压球壳结构示意图图8 内压椭圆封头结构示意图图9 内压作用下弯头结构示意图11G B/T3 5 0 1 32 0 1 8 e) 接管或焊制三通pL= 0.2 2 88K1t2t1Do 1Do 2+0.4 3 2523y sl n(K1)1.0 3K11.2 5 1.0t2t1Do 1Do 21.5(2 5)图1 0 内压作用下三通结构示意图若评价计算压力满足以下条件, 则评价结果可接受:PpL/1.5(2 6)5.6.2.3 任意部件承受组合内压、 外压、 附加载荷时的评价方法采用基于有限元法的极限分析方法对承受组合内压、 外压、 附加载荷的任意部件进行2级评价。具体步骤和要求如下:a) 建立部件的有限元分析模型;b) 材料本构关系采用理想弹塑性模型;c) 采用小变形假设;d) 将一组与评价工况载荷F 相适应的广义载荷F0=F01,F02, ,F0n 施加在分析模型上, 载荷的数值可任意设定, 但应保证各载荷之间的比例关系符合评价工况;e) 使用弧长法求解弹塑性问题, 获得结构第一个失稳点对应的加载系数T i m em a x;f) 以e) 步获得的加载系数与所施加的广义载荷值相乘, 得到对应各载荷的极限载荷值:FL=F0 T i m em a x(2 7) g) 若评价工况的各载荷均满足式(2 8) , 则2级评价结果可接受:FFL /1.5(2 8)6 局部减薄评价6.1 总则6.1.1 本章的评价方法可用于评价因腐蚀、 冲蚀、 机械损伤或因缓慢磨蚀等原因引起局部金属减薄(L T A) , 也可用于评价裂纹类缺陷被打磨后形成的局部金属减薄区。6.1.2 对于存在局部减薄的压力容器, 如果满足G B/T1 9 6 2 4中凹坑缺陷安全评定的限定条件, 首先推21G B/T3 5 0 1 32 0 1 8荐按G B/T1 9 6 2 4进行评价。如果不满足G B/T1 9 6 2 4中凹坑缺陷安全评定的限定条件, 按本章的评定方法进行评价。6.1.3 本章的评价方法不适用于在蠕变温度范围内服役的部件, 蠕变温度范围参见表A.1。6.2 符号Ai 子区域i的金属减薄面积, 包括F C A的影响( 见图1 4) , 单位为mm2;Aa 圆筒内圆的横截面积, 单位为mm2;Af 局部金属减薄区的横截面积( 在图1 6中标记为“ 局部金属减薄区” 的无阴影区) , 单位为mm2;Am 圆筒的横截面积, 单位为mm2;Aio 子区域i的初始金属面积, 单位为mm2;At 计算没有金属减薄的横截面上的剪应力时采用的面积, 单位为mm2;At f 计算有金属减薄的横截面上的剪应力时采用的面积, 单位为mm2;Aw 压力作用的有效面积, 单位为mm2;b 基于x-x轴,Aw面的形心位置, 单位为mm;c 局部金属减薄区的环向长度, 单位为mm;D 圆筒、 锥( 在缺陷位置处) 壳、 球壳或成型封头的内直径, 单位为mm;Df 局部金属减薄区底部的直径( 见图1 7) , 单位为mm;Do 圆筒外直径, 单位为mm;d 局部金属减薄区域的最大深度, 单位为mm;EC 环向焊接接头系数;EL 轴向焊接接头系数;Ey 评价温度下材料的弹性模量, 单位为MP a;F 自重或自重加热载荷工况下有效截面上的轴向力, 单位为N;F C A 未来计划运行时间内的腐蚀量, 单位为mm;Hf 许用应力因子, 取决于评价时考虑的载荷情况;hf 从缺陷底部到储罐底板的距离, 单位为mm;IL X 局部金属减薄区横截面Af关于x轴的惯性矩, 单位为mm4;IL Y 局部金属减薄区横截面Af关于y轴的惯性矩, 单位为mm4;LT 圆筒的总长度, 单位为mm;IX 圆筒关于x-x轴的惯性矩, 单位为mm4;IX 局部金属减薄区横截面关于x轴的惯性矩, 单位为mm4;IY 圆筒关于y-y轴的惯性矩, 单位为mm4;IY 局部金属减薄区横截面关于y轴的惯性矩, 单位为mm4;Li 圆筒i的长度( 见图1 5) , 单位为mm;Lm s d 缺陷到最近的总体结构不连续处的距离, 单位为mm;MT 自重或自重加热载荷工况下有效截面上的扭矩, 如图1 6所示, 单位为Nm;Ma l 载荷控制的弯矩, 单位为Nm;Ma s 应变控制的弯矩, 单位为Nm;MCs 表面缺陷基于L T A环向长度的傅里叶值;Mt 穿透缺陷基于L T A轴向长度的傅里叶值;31G B/T3 5 0 1 32 0 1 8MCt 穿透缺陷基于L T A环向长度的傅里叶值;Mit 子区域i的穿透缺陷基于L T A轴向长度的傅里叶值;Mx 自重或自重加热载荷工况下关于x轴的截面弯矩, 如图1 6所示, 单位为Nm;My 自重或自重加热载荷工况下关于y轴的截面弯矩, 如图1 6所示, 单位为Nm;MF H 无损伤或损伤可忽略储罐液体最大充装高度, 单位为mm;MF Hr 评价计算所得考虑缺陷或损伤影响的储罐液体最大充装高度, 单位为mm;Pm a x 采用评 价用计算 壁厚, 按相应 标准、 规范计 算所得的部 件最大允许 操作 压 力, 单 位为MP a;Pei 圆筒i的允许外压, 单位为MP a;Pm a xr 评价计算所得考虑缺陷或损伤影响的部件最大允许操作压力, 单位为MP a;R Af区域的外半径, 对F C A要做适当的修正, 单位为mm;Rt 待评价局部减薄区域剩余壁厚比;R S F 剩余强度因子;R S Fi 子区域i的剩余强度因子;R S Fa 允许剩余强度因子, 一般取0.9;s 局部金属减薄区的轴向长度, 单位为mm;si 局部金属减薄区的轴向长度增量( 见图1 4) , 单位为mm;tc 评价用计算壁厚, 单位为mm;ti 圆筒划分为多层后第i层的壁厚值, 用于确定圆筒的最大许用外压, 单位为mm;tm i n 根据设计规范或标准确定的部件所需最小壁厚, 单位为mm;tmm 局部金属减薄区的最小实测壁厚, 单位为mm;tn o m 名义壁厚, 单位为mm;tr d 远离局部金属减薄区的实测壁厚, 单位为mm;ts l 附加载荷所需壁厚, 单位为mm;T S F 抗拉强度系数;V 自重或自重加热载荷工况下的截面剪切力, 单位为N;x 中性轴的位置( 见图1 7) , 单位为mm;xA 横截面上沿x轴从y轴到点A的距离( 如图1 7所示) , 单位为mm;xB 横截面上沿x轴从y轴到点B的距离( 如图1 7所示) , 单位为mm;y 中性轴的位置( 如图1 7所示) , 单位为mm;yA 横截面上沿y轴从x-x轴到点A的距离( 如图1 7所示) , 单位为mm;yB 横截面上沿y轴从x-x轴到点B的距离( 如图1 7所示) , 单位为mm;yL X Af区域的质心到x轴的距离, 单位为mm; 锥壳半顶角, 单位为() ; 描述横截面上局部金属减薄区范围的角度, 单位为r a d;i 子区域i的缺陷轴向长度参数增量, 单位为mm;c 缺陷环向长度参数;s 缺陷轴向长度参数; 根据原设计规范或标准确定的许用应力, 单位为MP a;a l 对载荷控制的部件, 根据原设计规范或标准确定的许用应力, 单位为MP a;a s 对应变控制的部件, 根据原设计规范或标准确定的许用应力, 单位为MP a;41G B/T3 5 0 1 32 0 1 8c m 最大环向应力, 单位为MP a;Ae 自重或自重加热载荷工况下, 点A处的等效薄膜应力( 见图1 7) , 单位为MP a;Be 自重或自重加热载荷工况下, 点B处的等效薄膜应力( 见图1 7) , 单位为MP a;Al m 自重或自重加热载荷工况下, 点A处的最大轴向薄膜应力( 见图1 7) , 单位为MP a;Bl m 自重或自重加热载荷工况下, 点B处的最大轴向薄膜应力( 见图1 7) , 单位为MP a;l p 压力引起的轴向应力, 单位为MP a; 自重或自重加热载荷工况下的最大剪应力, 单位为MP a。6.3 评价方法限定条件6.3.1 1级评价仅适用于承受内压A类部件,2级评价适用于承受内压、 外压及附加载荷或任何组合载荷的A类或B类部件。采用1级或2级评价方法的部件, 应满足以下所有的条件:a) 原设计满足相关的规范或标准要求;b) 材料具有足够的韧性;c) 不承受循环载荷。6.3.2 当不满足1级和2级评价限定条件或1级和2级评价结果不通过时, 可进行3级评价。包括但不仅局限于下列情况可进行3级评价:a) 承受内压、 外压、 附加载荷和上述载荷共同作用的A类、B类和C类部件;b) 部件承受循环载荷, 或在原始设计计算时部分进行过疲劳分析;c) 金属减薄位于椭圆形封头0.8D外的区域, 碟形封头和带折边锥形封头的过渡区或锥段过渡区;d) 基于验证性试验设计的部件。6.3.3 在评价局部减薄时, 如存在其他缺陷或损伤, 应考虑其他缺陷或损伤的影响; 在评价其他损伤或缺陷时, 如存在局部减薄, 也应考虑局部减薄的影响。6.4 评价流程在未来计划运行时间内金属减薄量不会超过许用腐蚀裕量, 仅需记录数据, 可以免于评价; 否则, 应按照图1 1所示的评价步骤进行评价。51G B/T3 5 0 1 32 0 1 8图1 1 评价流程图6.5 缺陷选择与尺寸表征6.5.1 根据5.4.3给出的危险壁厚截面法确定危险壁厚截面图(C T P) 、 局部减薄区的轴向和环向尺寸。6.5.2 局部金属减薄区到总体结构不连续处的距离按图1 2确定。61G B/T3 5 0 1 32 0 1 8 说明:1) 缺陷到最近的总体结构不连续处的距离:Lm s d=m i nL1m s d,L2m s d,L3m s d,L4m s d 。2) 图中给出了立式容器的典型总体结构不连续处。在确定Lm s d时, 需要考虑缺陷与这些支撑、 接管、 管道/平台支架、 锥壳过渡段、 加强圈等的间距。3) 图中定义的最小距离测量值, 是从局部减薄区最近的边缘到结构不连续处的最近焊缝处的距离。图1 2 确定Lm s d的方法6.6 评价方法6.6.1 1级评价按照以下步骤对含局部减薄的部件进行1级评价, 对于常压储罐, 用MF H代替Pm a x:a) 确定评价用计算壁厚:tc=tr d-F C A(2 9) b) 确定局部金属减薄区的最小实测壁厚tmm, 局部金属减薄区的轴向长度s和缺陷到最近的总体结构不连续处的距离Lm s d。c) 按式(3 0) 和式(3 1) 确定剩余壁厚比Rt和缺陷轴向长度参数s:Rt=tmm-F C Atc(3 0)s=1.2 8 5sD tc(3 1) d) 如果同时满足下列条件, 则继续按e) 进行评价; 否则, 不满足1级评价。Rt0.2 0(3 2)tmm-F C A2.5mm 容器和储罐tmm-F C A1.3mm 管道(3 3)Lm s d1.8D tc(3 4) e) 采用tc, 按照相应规范或标准计算部件的Pm a x。f) 轴向评价:按式(3 5) 确定R S F:R S F=Rt1-1Mt(1-Rt)(3 5)71G B/T3 5 0 1 32 0 1 8式(3 5) 中的参数Mt根据缺陷轴向长度参数s由表1确定。如果R S FR S Fa, 且Pm a x可接受, 则局部减薄区的轴向长度可接受, 继续按g) 进行评价; 对于球壳和成型封头, 其局部减薄区的环向或轴向长度都可接受。如果R S FR S Fa, 则按式(3 6)计算Pm a xr。如果含局部减薄部件的操作压力不大于Pm a xr, 则局部减薄区的轴向长度可接受,继续按g) 进行评价。否则,1级评价不通过。Pm a xr=Pm a xR S FR S Fa 当R S F R S Fa时Pm a xr=Pm a x 当R S F R S Fa时(3 6)对于储罐壁板MF Hr=hf+(MF H-hf)R S FR S Fa 当R S Fhf时MF Hr=MF H 当R S F R S Fa且MF H hf时(3 7)表1 圆筒、 锥壳和球壳的系数MtMt圆筒或锥壳球壳0.01.0 0 11.0 0 00.51.0 5 61.0 6 31.01.1 9 91.2 1 81.51.3 9 41.4 2 72.01.6 1 81.6 7 32.51.8 5 71.9 4 63.02.1 0 32.2 4 03.52.3 5 12.5 5 24.02.6 0 02.8 8 04.52.8 4 73.2 2 15.03.0 9 13.5 7 65.53.3 3 13.9 4 46.03.5 6 84.3 2 36.53.8 0 14.7 1 57.04.0 3 25.1 1 97.54.2 6 25.5 3 58.04.4 9 25.9 6 48.54.7 2 76.4 0 59.04.9 7 06.8 5 89.55.2 2 57.3 2 581G B/T3 5 0 1 32 0 1 8表1( 续)Mt圆筒或锥壳球壳1 0.05.4 9 77.8 0 61 0.55.7 9 18.3 0 11 1.06.1 1 28.8 1 01 1.56.4 6 89.3 3 41 2.06.8 6 49.8 7 31 2.57.3 0 71 0.4 2 91 3.07.8 0 41 1.0 0 21 3.58.3 6 21 1.5 9 21 4.08.9 8 91 2.2 0 01 4.59.6 9 31 2.8 2 71 5.01 0.4 8 11 3.4 7 41 5.51 1.3 6 11 4.1 4 21 6.01 2.3 4 01 4.8 3 21 6.51 3.4 2 31 5.5 4 41 7.