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含面积缺陷压力管道安全评定的方法

文档作者：王一宁吴胜平周云文档来源：江苏省特种设备安全监督检验研究院		点击数：	更新时间： 2021年07月16日
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· 机械制造与研究· 王一宁，等·含面积缺陷压力管道安全评定的方法
含面积缺陷压力管道安全评定的方法
王一宁，吴胜平。周云
(江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏南京210003)
摘要：综述了含面积缺陷压力管道安全评定的方法；介绍了现场工程实例来验证当前含缺陷
压力管道安全评定方法。
关键词：压力管道；缺陷；安全评定
中图分类号：TH49；TK38 文献标志码：B 文章编号：1671-5276(2010)02-0086-02
Safety Assessment M ethod of Pressure Pipe、)l，ith Area Defects
WANG Yi—ning，WU Sheng·ping，ZHOU Yun
(Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision InsPection lnstitute，Nanjing 210003，China)
Abstract：This acticle briefly introduces the safety assessment method of the pressure pipe with area defects methods and uses a
live example to verify the safety assessment methods of the current defective pressure pipe．
Key words：pressure pipe；defect；safety assessment
0 前言
安全评价是安全系统工程的重要组成部分，也称危险
性评价或风险评价。它是以实现系统安全为目的，按照系
统科学的方法，对系统中的危险因素进行预先的识别、分
析和评价，确认系统存在的危险性，并根据其形成事故的
风险大小，采取相应的安全措施，以达到系统安全的全
过程。
安全评定的管道缺陷是平面缺陷(未熔合、未焊透)。
对于平面缺陷，根据国家标准《在用含缺陷压力容器安全
评定》(GB／T 19624—2004)中的规定，采用u因子法和失
效评定图法两种方法进行评定。
1 平面缺陷的评定方法
平面评定是对所列出的管道缺陷进行评定，现采用两
种评定方法：
a)失效评定图法：该评定方法步骤如图1所示：
b)U因子评定法：该方法是根据国家标准《在用含缺
陷压力容器安全评定》(GB／T 19624—2004)中的附录G
中规定，对使用工况下无脆化倾向的20#钢或奥氏体不锈
钢管道及壁厚≤13 rain的16Mn管道的未焊透缺陷允许
采用附录H，由于本次计算的管道为20#钢和不锈钢
TP304(奥氏体不锈钢)材料，故可以采用附录H对管道的
缺陷进行安全评定⋯ 。该方法的评定过程按下列步骤
进行：
1)缺陷部位管道尺寸的确定；
2)缺陷的规则化；
图1 平面缺陷常规评定程序示意图
3)材料性能数据的确定；
4)u因子评定法；
5)安全性评价。
2 平面缺陷管道的安全评价
某根管道的设计参数为：工作压力为1．4 MPa，设计
压力为2 MPa，设计温度为8O℃ ，实际工作温度为50℃ ，
管道公称直径为40 mm，实测最小厚3．6 mm，管道输送介
质为AV，材料为不锈钢TI~04(即0Crl8Ni9)，不考虑环境
以及介质对材料影响，即视为理想新材料，查得材料性能
数据为：弹性模量为204 GPa，泊松比为0．285，屈服强度
为206 MPa，抗拉强度or 为520 MPa。该管道存在一未
作者简介：王一宁(1966一)，男，江苏武进人，工学学士，高级工程师，从事压力容器检验、压力管道检验、安全评价、风险评估及特种设
备检验检测技术的理论和工程应用研究。
· 86· http：／／ZZHD．chinajourna1．net．cn E-marl：ZZHD@chainajouma1．net．en《机械制造与自动化》
· 机械制造与研究· 王一宁，等·含面积缺陷压力管道安全评定的方法
熔合缺陷和一未焊透缺陷，缺陷特征尺寸为：未熔合长度
90 mm，高度2．0 mm，未焊透长度90 mm，高度1．5 mm。
比较未熔合和未焊透缺陷特征尺寸，可知未熔合缺陷
明显比未焊透缺陷危险，所以先评定未熔合缺陷，如果未
熔合缺陷评定结果是安全的，则未焊透缺陷也安全。
未熔合缺陷的安全评定：
a)缺陷的表征：缺陷的原始尺寸见缺陷示意图2(a)
所示，根据检测情况，缺陷相关尺寸参数按以下情况考虑：
圆
图2 缺陷示意图
图中：b=3．6mm，Z=90mill，h=2．0mm。
缺陷的表征尺寸如图2(b)所示：
其表征的结果。考虑失效后果严重，缺陷表征尺寸均
乘以分安全系数1．1，并作为计算用的表征裂纹尺寸：
0=2．2mm ，c=99 mm。
b)应力计算
= =11·． 11 MPa
分解得到的一次薄膜应力P =11．11 MPa，一次弯曲
应力P^=0。
考虑焊接残余应力，二次薄膜应力q =0．3or ， ：“
取管道材料的 ，故q 为61．8 MPa，q 为O。
考虑失效后果严重性，各类应力均乘以分安全系数，
一次应力的分安全系数为1．5，二次应力的分安全系数为
1．0，并作为评定计算的应力：
P =16．67 MPa；
P6=0MPa；
Q =61．8 MPa；
q6=0MPa。
c)砰和 的计算
碍和霹的计算式如下：
= 订口(P +P ) (1)
霹= 1ro(Q +Q ) ‘ (2)
式中 依据标准的附录D计算分别为3．321。 故：
=145．51 N／mm
= 539．43 N／mm
d) ，的计算
， 的计算式如下：
) ㈤
鼓胀效应计算式： ‘
= ~／1+1．6[C2／(兄B)] (4)
根据式(3)和式(4)计算，结果如下：
M g= 15．21
L，=0．24
Machine Building髫Automation，Apt2010，39(2)：86～87
e) 的计算
计算式如下：
Kr=G( + )／ +p (5)
不考虑裂纹群影响，裂纹干涉效应因子G为1，查得材
料性能数据手册得不锈钢TP304(即0Crl8Ni9)的平面应变
断裂韧度K。 取平均值66 MPa·mm 。对于断裂后果严
重，断裂韧度的分安全系数取为1．2，故Kp=55 MPa·
mm =1 739．3 N／mm 。上述计算的L，=0．38<0．8，故
根据标准取P= ， 可由标准中图5一l4根据 ／(
X Vfh-~查得⋯。
P=0．025
K_=0．42
． f)安全性评定：平面缺陷的常规评定采用通用失效
评定图的方法进行。失效评定曲线(FAC)的方程为：
墨=(1—0．14 )(0．3+0．7e一 坤) (6)
将计算得到的L =0．24和／or=0．42所构成的评定
点( ， )绘制在常规评定通用失效评定图，如图3所示。
从图3可知，该缺陷在安全区域内，所以该缺陷是安
全的。
由于未熔合缺陷评定后是安全的，故不需要对未焊透
缺陷进行评定也能确定是安全的。
3 结论
图3 裂纹的失效评定
根据上述管道的计算结果，可知管道的缺陷是安全
的。通过安全评价的工业管道可以为企业节约很大的成
本以及为企业连续生产带来更大的经济效益，安全评价也
可以为企业领导的安全决策提供必要的科学依据。为今
后工作更好的开展提供保障。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准，在用含缺陷压力容器安全评定
(GB／TI9624—2004)[s]_中华人民共和国国家质量监督检
验检疫总局。2004．
收稿日期：2009—07—02
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