在用含缺陷压力容器安全评定软件的开发

陈 曦 李惠荣

(大连理工大学化工学院)

在用含缺陷压力容器安全评定软件的开发

陈 曦＊李惠荣

(大连理工大学化工学院)

基于国家标准 GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》,针对石油工业管道和油气输送管道上可能存在的各种类型缺陷,充分考虑缺陷尺寸、工况载荷和断裂韧性等参数以及现场安全评定过程的复杂性、专业性,应用面向对象的编程语言VisualBasic 6.0开发了在用含缺陷压力容器安全评定软件。该软件减少了安全评定过程中计算的工作量,降低了评定的难度,为工程技术人员现场初级评定提供了有效途径。

VB6.0 压力管道 缺陷 安全评定 软件开发

0 前言

由于历史、技术和管理上的原因,压力管道一般存在制造质量差、缺陷严重等突出问题,爆炸和泄漏事故时有发生。因此,依靠科学技术对该类设备中的缺陷进行科学的安全评估,降低事故发生率、有效保障安全生产,是十分重要和迫切的。

国家标准 GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》(以下简称“标准”)的颁布、发行和实施,为国内压力容器与压力管道的安全评定提供了可共同遵循的、权威的科学方法。但其评定过程的比较复杂且具有很强的专业性,非一般技术人员能够掌握[1]。在用含缺陷压力容器安全评定软件的开发为工程上现场初评、推断性分析评定提供了便于操作的平台和方法,很好地解决了上述问题。

1 软件功能介绍

1.1 软件开发环境

该软件采用VisualBasics 6.0[2]作为开发平台。VisualBasics(简称 VB)是Microsoft公司推出的一种W indows应用程序开发工具,其开发的软件兼容各种W indows操作系统,更利于工程使用。

1.2 软件模块及流程

根据 “标准”的内容,该软件共分为平面缺陷简化评定、平面缺陷常规评定、压力管道环向平面缺陷评定、体积缺陷评定和疲劳评定五大模块。软件的评定流程如图 1所示。鉴于篇幅所限,本文将着重介绍软件的核心部分平面缺陷的简化和常规评定部分内容。

图1 评定流程

运行软件界面如图 2所示,数据输入界面如图3、图 4、图 5所示。

该软件充分考虑到智能化需要,人机对话界面友好,加入错误提示、警告等功能,为操作人员正确使用提供了保障。

1.3 评定方法简介[3]

平面缺陷的简化评定又称为一级评定,评定方法简单,但结果比较保守。在评定方法上简化评定实际上继承了老版的 COD设计曲线法[4],但以失效评定图的形式表示,是初步的筛选方法。平面缺陷的常规评定又称为二级评定,是防止缺陷启裂的断裂评定及防止超过极限载荷的塑性破坏评定方法。常规评定基于 J积分,但不需要计算 J积分,只计算应力强度因子即可,结果安全可靠,是平面缺陷断裂评定的主要方法,在工程上广泛应用。

简化失效评定如图 6所示,纵坐标为 δr(其中δr指在施加应力作用下的裂纹尖端张开位移与材料的临界张开位移),横坐标为 Sr

式中 Lr——载荷比

Lrmax——Lr的容许极限

评定坐标点 (Kr,Lr)如果在安全区内,结果安全可靠,否则结果不可接受。

图2 评定类型选择界面

图3 缺陷表征输入界面

图4 应力输入界面

图6 平面缺陷简化评定的失效评定

平面缺陷的常规评定基本方法采用国际上较先进的 R6通用失效评定图技术。如图 7所示。其中失效评定曲线 (FAC)的方程为

根据具体结构和裂纹计算,构成该缺陷的评定坐标点(Kr,Lr),如果评定点落在通用失效评定曲线、Lrmax截止线和坐标轴所包围的安全区域内,则评定结论为含缺陷结构安全;如果落在安全区域外,则不能保证该缺陷为安全。

失效评定图被完整地集成在软件中,是该软件的一大特点。评定点坐标通过软件计算直接显示在评定图中,结果一目了然,非常适合工程应用。下面举例说明软件操作及评定过程。

图7 平面缺陷常规评定通用失效评定

2 工程应用实例

某厂水洗塔爆炸,碎成 43块。爆破压力 Pf=2.85MPa,当时气温 -27℃,裂源为塔体一纵向表面裂纹,长 100 mm,深 19 mm。塔径Di=2200 mm,壁厚B=44 mm;材料屈服强度σs=240 MPa,抗拉强度σb=400MPa,断裂韧性δc=0.046 mm。

输入数据,结果如图 8、图 9所示。

图8 简化评定失效评定图结果

图9 简化评定报告

评定结果包括评定图显示和评定报告。评定图可以直观地体现评定结果是否可接受,而评定报告包括 “缺陷表征”、“材料性能”、“缺陷处应力”、“评定结果”四个部分,包含了计算过程中的重要数据及信息,方便查询并可打印保存。

常规评定结果如图 10、图 11所示,可见结果为不安全的。

图10 常规评定失效评定图结果

图11 常规评定报告

3 结语

软件实现了评定过程的实用化,计算工作简单易行,结果直观明了。该软件在编制过程中也考虑到用户二次开发或升级扩展的需要,预留了很多接口。可供操作人员进行现场初评或推断性分析评定使用,满足了压力容器检验现场缺陷初步判断的需要。

[1] 钟群鹏,李培宁,李学仁,陈钢 .国家标准 “在用含缺陷压力容器安全评定”的特色和创新点综述 [J].管道技术与设备,2006.

[2] 刘钢主编 .Visual Basic程序设计与应用案例 [M].北京:高等教育出版社,2005.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 .在用含缺陷压力容器安全评定 (GB/T 19624—2004)[S].北京:中国标准出版社,2005.

[4] 李泽震,曾广欣,彭汝英 .CVDA设计曲线的试验研究[J].化工学报,1987,(02).

＊陈曦,男,1984年生,硕士研究生。大连市,116011。

2009-10-21)