氮气净化罐凹坑缺陷安全评定

朱 兵 沈正军

（南京市锅炉压力容器检验研究院）

氮气净化罐凹坑缺陷安全评定

朱 兵*沈正军

（南京市锅炉压力容器检验研究院）

某企业在压力容器定期检验过程中，发现一台氮气净化罐存在凹坑缺陷。依据GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》，利用ANSYS有限元分析软件对该设备进行了安全评定。结果表明，该设备的凹坑缺陷是可以接受的。

氮气净化罐 凹坑缺陷 安全评定 压力容器 应力 定期检验

0 引言

压力容器定期检验是保障压力容器安全运行的重要措施之一。在运行和使用过程中，压力容器受到工作载荷及使用环境的影响，其力学性能也会随之发生变化。另外，有些介质会对其金属壳体产生腐蚀，使压力容器的器壁逐渐减薄，承载强度逐步下降。所以，必须定期对压力容器进行全面的技术检验，对压力容器技术状况做出科学的判断，以确定压力容器可否继续安全使用。国内外学者对含缺陷压力容器的安全评定进行了很多研究[1-6]。

本文依据国家标准GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》[7]，利用ANSYS有限元分析软件对一台存在凹坑缺陷的氮气净化罐进行了安全评定。结果表明，该设备的凹坑缺陷是可以接受的。

1 安全评定标准

GB/T 19624—2004标准中常用的评定方法有：

（1）平面缺陷的简化评定（简称简化评定）；

（2）平面缺陷的常规评定（简称常规评定）；

（3）凹坑缺陷的评定（简称凹坑评定）；

（4）气孔及夹渣缺陷的评定（简称气孔夹渣评定）。

在对某大型石化企业压力容器检验过程中，发现一台氮气净化罐存在凹坑缺陷，如图1所示。根据有关标准规范，该设备凹坑缺陷的安全评定步骤如下所述：（a）缺陷的表征（确定凹坑缺陷的长度2X、宽度2Y、深度Z）；（b）缺陷部位容器尺寸的确定（确定凹坑所在部位容器的计算厚度B和平均半径R）；（c）材料性能数据的确定（确定评定工况下材料的屈服点σs）；（d）无量纲参数G0的计算和免于评定的判别；（e）塑性极限载荷和最高容许工作压力的确定；（f）安全性评价。

图1 含凹坑缺陷的氮气净化罐

2 ANSYS软件

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内应用增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计软件接口，实现数据的共享和交换。该大型通用有限元分析软件融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体。软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

3 参数的确定

3.1 设备设计参数

该氮气净化罐设计参数如表1所示。该设备已经累计运行将近20年之久，因此对其进行安全评定显得尤为重要。

3.2 凹坑缺陷的尺寸

根据凹坑缺陷的实际位置、形状和尺寸，通过现场测量并依据国家标准GB/T 19624—2004中5.3.2条的规定将其规则化，缺陷尺寸如图2所示，凹坑深度为2.1 mm。

表1 氮气净化罐设计参数

图2 缺陷尺寸规则化图 (单位：mm)

4 利用ANSYS软件进行安全评定

根据该设备的参数和凹坑缺陷尺寸，建立模型如图3所示。单元类型为Solid45；单元数量为52 317。图4所示为网格划分后的模型。通过对该模型施加载荷进行计算，可以得出凹坑处的应力云图，如图5、图6所示。

图3 氮气净化罐模型

由ANSYS有限元计算结果可以看出，最大应力点均不在凹坑处，且最大应力为7.933 MPa。所以，凹坑1和凹坑2不影响氮气净化罐使用，即该设备的凹坑缺陷是可以接受的。

图4 模型网格图

图5 凹坑1附近应力云图

图6 凹坑2附近应力云图

5 结论

本文结合国家标准GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》，采用ANSYS有限元分析软件对某大型石化企业压力容器凹坑缺陷进行安全评定。结果表明，该设备的凹坑缺陷是可以接受的。

[1] 徐尊平，程南璞，雷斌隆，等.压力钢管表面凹坑缺陷的安全评定[J].焊接学报，2007，28（8）：62-64.

[2] 吕维平，刘菲.含缺陷承压设备安全评定 [J].内蒙古石油化工，2008，34（1）：84-85.

[3] 姜焕勇，董保胜，赵新伟，等.含缺陷压力容器的适用性评价技术及其进展 [J].石油化工设备技术，2005，26（5）：41-46.

[4] 郑津洋.我国承压设备学的研究现状和优先研究领域[J].石油机械，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] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会.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.

延长石油煤焦油合成气一体化装置实现平稳运行

目前，延长石油集团碳氢高效利用技术研究中心自主研发的煤提取煤焦油与制合成气一体化（CCSI）技术万吨级工业试验装置，实现144 h平稳运行，煤焦油产率达16.23%，合成气有效气大于35%，为工业化应用奠定了坚实基础。根据该技术开发的100万t/a CCSI产业化装置工艺包编制已同期开展，预计在 “十三五”期间将推出工业示范装置并进行技术推广。

CCSI技术将粉煤热解与粉焦气化有机结合在一个反应器内分级转化和优化集成，以空气作为气化剂，直接将煤炭转化成煤焦油和粗合成气。不仅高效制得煤焦油，而且其中的氢资源也得到充分利用，还实现了粉焦高效转化，真正做到物尽其用。我国每年燃煤发电使用量约20亿t，其中70%左右的电厂使用亚临界压力锅炉。如果全部用CCSI技术改造，在大幅提高发电效率的同时，还将多产约2亿t煤焦油，可替代进口量50%以上的原油。此外，对于新建的超低排放电厂，可采用CCSI－燃气轮发电模式，无需配套大型空分设备，投资成本可大幅降低。

（江镇海）

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，硕士，工程师。南京市，210002。