朱 兵 沈正軍

（南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院）

氮?dú)鈨艋薨伎尤毕莅踩u(píng)定

朱 兵*沈正軍

（南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院）

某企業(yè)在壓力容器定期檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)一臺(tái)氮?dú)鈨艋薮嬖诎伎尤毕?。依?jù)GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了安全評(píng)定。結(jié)果表明，該設(shè)備的凹坑缺陷是可以接受的。

氮?dú)鈨艋?凹坑缺陷 安全評(píng)定 壓力容器 應(yīng)力 定期檢驗(yàn)

0 引言

壓力容器定期檢驗(yàn)是保障壓力容器安全運(yùn)行的重要措施之一。在運(yùn)行和使用過程中，壓力容器受到工作載荷及使用環(huán)境的影響，其力學(xué)性能也會(huì)隨之發(fā)生變化。另外，有些介質(zhì)會(huì)對(duì)其金屬殼體產(chǎn)生腐蝕，使壓力容器的器壁逐漸減薄，承載強(qiáng)度逐步下降。所以，必須定期對(duì)壓力容器進(jìn)行全面的技術(shù)檢驗(yàn)，對(duì)壓力容器技術(shù)狀況做出科學(xué)的判斷，以確定壓力容器可否繼續(xù)安全使用。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)含缺陷壓力容器的安全評(píng)定進(jìn)行了很多研究[1-6]。

本文依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》[7]，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)一臺(tái)存在凹坑缺陷的氮?dú)鈨艋捱M(jìn)行了安全評(píng)定。結(jié)果表明，該設(shè)備的凹坑缺陷是可以接受的。

1 安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 19624—2004標(biāo)準(zhǔn)中常用的評(píng)定方法有：

（1）平面缺陷的簡(jiǎn)化評(píng)定（簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)化評(píng)定）；

（2）平面缺陷的常規(guī)評(píng)定（簡(jiǎn)稱常規(guī)評(píng)定）；

（3）凹坑缺陷的評(píng)定（簡(jiǎn)稱凹坑評(píng)定）；

（4）氣孔及夾渣缺陷的評(píng)定（簡(jiǎn)稱氣孔夾渣評(píng)定）。

在對(duì)某大型石化企業(yè)壓力容器檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)一臺(tái)氮?dú)鈨艋薮嬖诎伎尤毕?，如圖1所示。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，該設(shè)備凹坑缺陷的安全評(píng)定步驟如下所述：（a）缺陷的表征（確定凹坑缺陷的長(zhǎng)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(jì)算厚度B和平均半徑R）；（c）材料性能數(shù)據(jù)的確定（確定評(píng)定工況下材料的屈服點(diǎn)σs）；（d）無量綱參數(shù)G0的計(jì)算和免于評(píng)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(píng)價(jià)。

圖1 含凹坑缺陷的氮?dú)鈨艋?/p>

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(nèi)應(yīng)用增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。該大型通用有限元分析軟件融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。

前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)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(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。

3 參數(shù)的確定

3.1 設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

該氮?dú)鈨艋拊O(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。該設(shè)備已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行將近20年之久，因此對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)定顯得尤為重要。

3.2 凹坑缺陷的尺寸

根據(jù)凹坑缺陷的實(shí)際位置、形狀和尺寸，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19624—2004中5.3.2條的規(guī)定將其規(guī)則化，缺陷尺寸如圖2所示，凹坑深度為2.1 mm。

表1 氮?dú)鈨艋拊O(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 缺陷尺寸規(guī)則化圖 (單位：mm)

4 利用ANSYS軟件進(jìn)行安全評(píng)定

根據(jù)該設(shè)備的參數(shù)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(shù)量為52 317。圖4所示為網(wǎng)格劃分后的模型。通過對(duì)該模型施加載荷進(jìn)行計(jì)算，可以得出凹坑處的應(yīng)力云圖，如圖5、圖6所示。

圖3 氮?dú)鈨艋弈Ｐ?/p>

由ANSYS有限元計(jì)算結(jié)果可以看出，最大應(yīng)力點(diǎn)均不在凹坑處，且最大應(yīng)力為7.933 MPa。所以，凹坑1和凹坑2不影響氮?dú)鈨艋奘褂茫丛撛O(shè)備的凹坑缺陷是可以接受的。

圖4 模型網(wǎng)格圖

圖5 凹坑1附近應(yīng)力云圖

圖6 凹坑2附近應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

本文結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》，采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)某大型石化企業(yè)壓力容器凹坑缺陷進(jìn)行安全評(píng)定。結(jié)果表明，該設(shè)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(píng)定[J].焊接學(xué)報(bào)，2007，28（8）：62-64.

[2] 呂維平，劉菲.含缺陷承壓設(shè)備安全評(píng)定 [J].內(nèi)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(píng)價(jià)技術(shù)及其進(jìn)展 [J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2005，26（5）：41-46.

[4] 鄭津洋.我國承壓設(shè)備學(xué)的研究現(xiàn)狀和優(yōu)先研究領(lǐng)域[J].石油機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定：GB/T 19624—2004[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

延長(zhǎng)石油煤焦油合成氣一體化裝置實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行

目前，延長(zhǎng)石油集團(tuán)碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心自主研發(fā)的煤提取煤焦油與制合成氣一體化（CCSI）技術(shù)萬噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)144 h平穩(wěn)運(yùn)行，煤焦油產(chǎn)率達(dá)16.23%，合成氣有效氣大于35%，為工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。根據(jù)該技術(shù)開發(fā)的100萬t/a CCSI產(chǎn)業(yè)化裝置工藝包編制已同期開展，預(yù)計(jì)在 “十三五”期間將推出工業(yè)示范裝置并進(jìn)行技術(shù)推廣。

CCSI技術(shù)將粉煤熱解與粉焦氣化有機(jī)結(jié)合在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)分級(jí)轉(zhuǎn)化和優(yōu)化集成，以空氣作為氣化劑，直接將煤炭轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)了粉焦高效轉(zhuǎn)化，真正做到物盡其用。我國每年燃煤發(fā)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(shù)改造，在大幅提高發(fā)電效率的同時(shí)，還將多產(chǎn)約2億t煤焦油，可替代進(jìn)口量50%以上的原油。此外，對(duì)于新建的超低排放電廠，可采用CCSI－燃?xì)廨啺l(fā)電模式，無需配套大型空分設(shè)備，投資成本可大幅降低。

（江鎮(zhèn)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。