在役结构

在役结构（共8篇）

在役结构 篇1

随着我国公路桥梁事业的发展,新建的高速公路及桥梁越来越多,同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段。为了适应公路运输载重量不断发展的要求,充分利用现有的公路桥梁,使之能继续安全地为公路运输服务。根据交通部颁布的JTG H11-2004公路桥梁养护规范要求,必须对桥梁进行鉴定,而对桥梁进行荷载试验便是桥梁鉴定的一个重要手段。结合一座实际的桥梁,对桥梁试验作一介绍。

1 工程概况

某桥为一座全长180 m的简支T梁桥,单孔跨径20 m,共9跨。桥面宽为净9 m+2×1.0 m(人行道),双车道布置。每孔桥上部结构由5片钢筋混凝土T型梁组成。该桥设计载荷为:汽车—20级,挂车—100级。

2 静载试验

静载试验是通过测试桥梁结构在试验荷载作用下的控制截面的应变、位移或裂缝,分析判定桥梁的承载能力。

2.1 试验内容

1)主要控制截面在中载及偏载试验加载下的挠度测试。

2)主要控制截面在中载及偏载试验加载下的应变测试。

2.2 测试截面

根据结构对称性,结合大桥的实际损伤及现场情况,选择靠近A城市的第1孔(0号台～1号墩之间)作为荷载试验孔,确定最不利的跨中截面作为应变、挠度及动态测试截面。

2.3 测点布置

1)应变测点布置:应变测点沿横桥向布置于Ⅰ—Ⅰ断面,混凝土应变测点共布置8个,分别布置于T梁底缘,T梁翼缘根部,钢筋应变测点3个,测点分别布置于Ⅰ—Ⅰ断面T梁底缘,如图1所示。2)挠度测点布置:采用百分表观测结构竖向变位。沿横桥向布置于Ⅰ—Ⅰ断面,挠度测点共布置5个,测点布置如图2所示。

2.4 试验荷载及荷载布置

实桥静载试验的目的是检验结构的承载能力是否达到设计要求。根据《公路旧桥承载能力鉴定办法(试行)》的规定,静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.8,则有:

其中,Sstat为试验荷载作用下,检测部位变位或内力的计算值;S为设计标准活荷载作用下,检测部位变位或内力的计算值;δ为设计取用的动力系数。

为了保证试验的有效性,根据各测试截面的内力与挠度影响线,按最不利位置加载,在保证各测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.80以上的条件下,此次静载试验选用两辆380 kN载重汽车,每辆车前轴重60 kN,后轴重320 kN。加载车轴距如图3所示。

静载试验共两种工况,荷载布置情况如图4所示。

2.5 试验结果

1)挠度检测结果:实测挠度与理论计算结果见表1。

2)应变检测结果:实测应变与理论计算结果见表2。

3 动载试验

1)自振特性测试。自振特性的测试采用脉动法,通过对拾振器拾取的响应信号进行谱分析,可确定桥梁的自振频率和模态,再将功率谱进行细化处理,利用半功率点带宽法求得桥梁的阻尼比。实测前三阶频率见表3。一阶实测阻尼比为D1=0.053 8。

2)动荷载响应测试。动荷载响应测试的主要目的是模拟在各种行车条件下,桥梁的动力响应以及实测桥梁的冲击系数。活载冲击系数根据记录的动挠度(或动应变)按下式算得:

其中,Smax为动载作用下该测点最大挠度(或应变)值;Smean为相应静载作用下该测点最大挠度(或应变)值;

Hz

其中,Smin,Smax分别为相应的最小与最大挠度(或应变)值。

动载试验采用下面两种荷载工况(见表4)。

工况一:无障碍行车,一辆310 kN试验车以30 km/h匀速通过;工况二:无障碍行车,一辆310 kN试验车以40 km/h匀速通过。

4 桥梁质量分析

1)该桥的实测挠度应变比理论计算的挠度应变小,且都没有超出规范的规定,说明该桥的实际刚度比理论计算的刚度要大。2)实测频率与理论计算频率比较吻合,而且比理论计算的频率大,实测的一阶阻尼比为0.053 8,说明该桥具有一定的抗振能力,且阻尼比较大,耗散能量的能力强,桥梁振动衰减较快,桥梁结构不容易产生疲劳。3)实测冲击系数1+μ=1.071 2,较计算值1.285 2小,说明该桥具有一定的抗冲击能力。

5 结语

通过对预应力混凝土T型五梁装配式简支梁桥的静动荷载试验,在荷载效率系数η满足《规范》所规定的0.8<η<1.05前提条件下,试验桥梁满足设计强度要求,检测桥跨的变位符合设计刚度规定,因此,所测桥跨质量良好,其承载能力达到汽车—超20级,挂车—120级要求。

摘要：对某桥进行了成桥静力和动力荷载试验及分析,通过现场静动力荷载试验,测得其各种力学指标和性能指标,并与理论计算的结果及相应规范的要求进行比较,从而对桥梁的整体性能和结构安全做出评价,以确保桥梁的主体结构处于完好的技术状态和良好的使用状态安全运营。

关键词：桥梁,静动载试验,动力响应

参考文献

[1]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]JTG H11-2004,公路桥梁养护规范[S].

[3]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997(2):40-41.

[4]JTJ 021-89,JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[5]JTJ 023-85,JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

在役结构 篇2

分析了建立在役化工装置安全评价指标体系的必要性,指出了当前在役化工装置安全评价指标体系建立中存在的问题,提出了基于风险分析建立安全现状,评价指标体系的新思路,探讨了建立安全评价指标体系及计算指标权重的具体方法,并通过具体的化工单元安全评价指标建立的过程,介绍了该方法的.具体应用.该指标体系既能查找出装置中存在的具体安全隐患,也能给出装置总体安全性评价结论.该方法的思想不仅适用于在役化工装置的安全评价,也适用于其他系统的安全现状评价.

作 者：吕保和 雷鑫 朱建军 王晓宁 LU Bao-he LEI Xin ZHU Jian-jun WANG Xiao-ning 作者单位：吕保和,雷鑫,王晓宁,LU Bao-he,LEI Xin,WANG Xiao-ning(江苏大学安全工程系,江苏,镇江,21)

朱建军,ZHU Jian-jun(镇江高等专科学校,江苏,镇江,21)

在役结构 篇3

1 基于光纤光栅绝对测量的释放应力法

1.1 释放应力法及其理论依据

混凝土材料在加载——卸载往复作用下应力与应变的关系[1]如图1所示。通过图1中混凝土达到屈服强度前的应力——应变曲线可知卸载时的回弹应变与再次加载到同一应变水平时混凝土的割线模量的乘积是混凝土应力的近似反应, 即:

因此, 依靠混凝土卸载过程中的回弹应变评估其应力水平是可行的。

基于根据回弹应变评定混凝土应力水平的思想, 许多工程技术人员尝试采用“释放应力”的方法来实现测量结构应力大小的目的, 即先测量在役结构当前的应力状态, 再通过某种措施使测点应力回到零状态, 两次测量结果的差即是结构的应力。在使结构“释放应力”的措施上, 许多人采用混凝土强度检测中已十分成熟的做法--钻芯取样法, 这种方法是依据规范标准直接从混凝土构件上钻取直径和长度一定的芯样, 属于微破损检测方法[2,3]。然而, 传统的应变测量方式主要依赖电阻应变片, 电阻应变片的信号处理基于电桥平衡原理, 测量过程不可以中断。若测量过程中出现断路情况, 电桥就必须再次平衡从而清零。于是工程师们在电阻应变片测量的同时, 在测点周围切割裂缝以使测点的释放应力。由于电阻应变片的脆弱性以及现场施工的粗犷性, 操作过程很容易损坏测量线路从而功亏一篑。

1.2 基于光纤光栅的在役结构应力监测

目前, 光纤光栅应变测试技术飞速发展, 已经成为土木工程检测、监测的重要手段。当光波传输通过光纤光栅时, 满足光栅Bragg波长条件的光波矢将被反射, 因而入射光波矢被分为两部分:投射波矢和反射波矢。反射波矢的波长被称为Bragg波长:

公式中, λB为光纤光栅的Bragg波长、neff为光纤光栅的有效折射率、∧是光栅周期。

光纤光栅传感器的传感过程正是通过外界参量 (应变和温度) 对光纤光栅的光栅周期的调制来实现的。当外界参量 (应变和温度) 发生变化时, 光纤光栅的Bragg波长随之发生漂移。忽略光纤光栅对温度与应变的交叉敏感现象, 光纤光栅波长漂移与温度和应变的关系[4]为:

公式中为光纤的有效弹光系数、α为光纤的热膨胀系数、ξ为光纤的热光系数、ε和∆T分别是光纤的轴向应变和温度变化。令:, 则:

公式阐述的就是光纤光栅传感元件的工作原理, 与传统的各类传感器相比光纤光栅具有测量精度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、便于组成传感网络、体积小以及绝对测量等独特的优点。“绝对测量”即在整个测量过程中允许切断测量光路, 测量结果不会因此而发生变化。光纤光栅体积小与绝对测量的特点使得光纤光栅非常适合作为“释放应力”法测量结构应力的传感元件。如果能把光纤光栅传感技术与释放应力法结合起来, 将成功地解决在役结构应力评估的问题。

基于上述思想设计基于光纤光栅的在役结构应力检测具体做法如下。

(1) 在测点位置布设好光纤光栅应变传感器 (包括应变测量光栅和温度补偿光栅) 。

(2) 测量以获取结构当前的应力状态信息。

(3) 对传感器及信号传输光纤进行保护, 保证其局限在小于芯柱直径的范围内。

(4) 对测点外围进行钻机切割。当切割深度达到芯柱直径的2倍时, 根据圣维南原理可认为测点的应力已经得到有效的释放, 停止切割。

(5) 清理切割面, 拆开保护, 连接测试线路进行应变测试。

该方法无论是从理论上还是工艺上都是切实可行的。只要小心谨慎地保护好传感器及信号传输光纤保证在切割过程中不对其造成破坏就可以实现测量结构应力的目的。

2 基于光纤光栅的在役结构应力检测的实验研究

为验证释放应力法测量结构应力的可行性评估该方法的准确性, 我们对此进行了实验研究。浇注边长为300mm的混凝土立方体, 并养护21天。利用混凝土框架及500t千斤顶搭建加载装置。混凝土试块放置在准确位置后, 对其表面进行打磨、清理并按图2所示位置在混凝土立方体表面粘贴裸光纤光栅。粘贴裸光栅后对其进行妥善的保护, 本实验中采用的方法为在测点位置粘贴直径为75mm的PVC管并使用J39胶水固定, 将裸光纤光栅保护在PVC管中。本次实验验证了这种方法简单有效, 在今后的应用和研究中值得借鉴。

施加荷载前, 记录裸光纤光栅的谐振波长值;为消除某些不确定因素对应变测试的影响进行两次预加载, 这一程中测量数据表明每次卸载后混凝土都有残余变形。对混凝土立方体加载至某一荷载水平 (由裸光纤光栅监测应变值控制) , 再次记录裸光纤光栅的谐振波长值;把裸光纤光栅放入PVC保护筒并用胶带封闭保护筒, 避免在钻芯过程中裸光纤光栅受到破坏;在保持荷载不变的条件下, 用钻芯机械钻取直径为10cm的混凝土芯柱、钻入深度20cm如图3c) 所示;拆除保护措施, 取出裸光纤光栅的引线, 第三次记录钻芯后芯柱上裸光纤光栅的谐振波长值。完全卸载, 记录裸光纤光栅的谐振波长值。

由表1中钻芯后持荷状态下混凝土立方体应变与加载前、完全卸载后的混凝土立方体应变几乎相等, 由此可知钻芯的方法可有效释放混凝土结构的应变, 释放应力法测量结构的应力切实可行。

参考文献

[1]叶列平, 赵作周.混凝土结构 (下册) [M].北京:清华大学出版社, 2006.

[2]陈洪祥.探讨钻芯法检测混凝土强度的方法[J].科学咨询 (决策管理) , 2007 (5) :40.

[3]韩建平, 王飞行, 王志华.钻芯法检测评定混凝土强度的若干问题探讨[J].工程抗震与加固改造, 2008 (2) :109～117.

在役结构 篇4

1 动态可靠度

1.1 结构动态可靠性模型

对已有混凝土桥梁结构来说,由于环境等因素的影响,结构的耐久性能下降、抗力衰减不能忽视,结构的抗力将是使用时间的函数,因此,必须用随机过程模拟结构的抗力,于是,桥梁结构的功能函数表示为:

Z(t)=R(t)-S(t) (1)

其中,R(t)为抗力随机过程;S(t)为荷载效应随机过程。该模型被称为“全随机过程模型”,是结构可靠性的动态模型。

1.2 结构动态可靠度

桥梁结构的动态可靠度定义为:在规定的继续使用期内,在正常使用、正常维护条件下,考虑环境和结构抗力衰减等因素的影响,桥梁结构服役某一时刻后在后续服役期内完成预定功能的能力。用可靠度度量为:

Pτ(t)=P{Z(t)≥0},t∈[tτ,Ts] (2)

Z(t)=R(t)-S(t) (3)

其中,tτ为桥梁结构服役分析时刻,年;Ts为继续使用期,目前,桥梁结构的设计基准期一般定为100年;Z(t)为考虑桥梁结构tτ时刻预期技术状况的功能函数;R(t)为考虑tτ时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的抗力随机过程;S(t)为考虑tτ时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的荷载效应随机过程。

2 动态可靠性的基本分析方法

2.1 在役桥梁结构的荷载效应概率模型

与拟建桥梁结构相比,在役桥梁结构的本质特征是其已成为客观实体,并已使用了一段时间,因此,应在充分考虑其自身荷载信息的基础上,并保证与其可靠性分析时段时间(目标使用期)相一致来确定荷载效应的概率模型。但考虑到荷载信息的获得存在一定的困难,且在可靠度的校准中使用的荷载(荷载效应)已具备一定的代表性,因此,在役桥梁结构的荷载效应仍沿用可靠度校准中的概率模型,即采用相同的随机过程模型以及截口分布,但将设计基准期最大值分布随机变量修改为目标使用期最大值分布随机变量,计算式为:

FQTS=[FQ(x)]mTS (4)

其中,FQTS为目标使用期中荷载效应最大值随机变量QTS的分布函数;FQ(x)为荷载效应随机过程的截口分布;mTS为目标使用期内荷载效应的出现次数。

2.2 在役桥梁结构抗力的概率模型

钢筋混凝土结构的抗力取决于混凝土和钢筋的强度。结构建成后,如果不存在老化与病害现象,抗力完全可以用随机变量概率模型来描述。但大气中的CO2会造成混凝土的碳化,同时混凝土带裂缝工作时会由于H2O和O2的侵入导致钢筋锈蚀,这都将在一定程度上改变混凝土和钢筋的强度。因此考虑上述因素建立抗力的随机过程概率模型会使以此为依据的可靠度的计算更切合实际。

在役结构抗力的不定性仍取决于计算模式、材料性能及几何参数。计算模式不定性主要来自于抗力计算中的基本假定,如损伤构件受力时符合平截面假定、混凝土与钢筋间的粘结力假定等;材料强度不定性主要指材料强度随时间变化,如混凝土强度随时间变化、钢筋锈蚀后受力面积损失及力学性能改变等;几何参数在实际结构建成时,已成为定值。根据上述说明提出的抗力衰减模型为:

R(t)=KPkSR[fci(t),αi] (5)

其中,Kp为计算模式不定性随机变量;kS为钢筋与混凝土协同工作系数;R[·]为考虑时间因素的抗力计算值。对可靠性设计,抗力用随机变量来描述,并认为其服从对数正态分布。在动态可靠性评估中考虑诸多因素的影响,将抗力描述为随机过程概率模型。假定其为非平稳随机过程,并仍服从对数正态分布,则任意时点结构抗力R(t)的概率函数可表示为:

$f{}_R(r,t)=\frac{1}{\sqrt{2\text{π}}\sigma {}_{Rt}^2}\exp [-\frac{(\text{l}\text{n}r-\mu {}_{Rt}){}^2}{2\sigma {}_{Rt}}]$ (6)

其中,μRt,σRt分别为抗力的平均值函数和标准差函数,该两个函数是通过抗力表达式中所包含的随机过程概率模型的统计规律间接确定的。

3 结构抗力的影响因素

3.1 混凝土强度的时变

一般大气条件下混凝土性能的劣化主要指碳化腐蚀,碳化使混凝土失去碱性,并因此逐步失去了对钢筋的保护能力。国内外对混凝土长期暴露试验和在役建筑结构实测结构进行了统计分析,结果表明混凝土强度仍服从正态分布,只是混凝土强度的平均值和标准差发生变化。从理论上讲,该强度为一非平衡正态随机过程。

3.2钢筋锈蚀后引起的时变

钢筋锈蚀对安全性的影响主要有两个方面:1)锈蚀引起的钢筋截面减小,应力集中。2)由于锈蚀引起的体积增大、顺筋裂缝、保护层剥落而导致钢筋与混凝土之间的粘结力下降。

3.2.1锈后钢筋强度的改变

钢筋在锈蚀过程中,不仅受力面积减小,而且力学性能也将发生改变,并表现为钢筋的主要应力应变曲线屈服平台缩短,伸长率降低,屈服比增大。钢筋塑性,伸长率均随着锈损量的增大而降低。

将钢筋的屈服荷载与其公称面积之比称为锈损钢筋的名义屈服强度,名义屈服强度下降的原因主要有两方面:1)钢筋锈损以后有效截面面积变小,从而使其所能抵抗的拉力减小;2)锈蚀钢筋的表面凹凸不平,受力以后严重的应力集中使其所受抗拉力进一步减小。钢筋锈损越严重,应力集中等引起的屈服强度的降低越多。

3.2.2锈后钢筋与混凝土粘结性能的改变

钢筋锈蚀不可避免地会影响其与混凝土之间的粘结能力,粘结强度的降低使得荷载作用下钢筋与混凝土间的相对滑移增大,钢筋应变分布趋于均匀,钢筋的应变小于其周围混凝土的平均应变,从而导致抗弯承载力降低。因此,对受拉钢筋必须乘以协同工作降低系数,以考虑粘结退化对钢筋混凝土结构承载能力的影响。

4 结语

从文中可以看出,荷载和结构抗力都可以表达为时间的函数,只要在结构荷载模型和抗力模型中引入了时间参数t,就可以确定构件在任意受力状态下的荷载和抗力统计参数,进而用于可靠指标的计算。因此,动态可靠性理论也可以作为可靠性预测的方法,可以使人们获得任意时点结构的可靠度,从而应用于桥梁结构的可靠性评估。

摘要：介绍了钢筋混凝土桥梁构件的动态可靠性评估方法,初步分析了荷载效应概率模型、结构抗力概率模型以及抗力的影响因素,提出动态可靠性理论也可以作为可靠性的预测方法,可以使人们获得任意时点的可靠度,从而应用于桥梁结构的可靠性评估。

关键词：在役混凝土桥梁,动态可靠性,安全评估

参考文献

[1]黎冠涛.在役梁桥承载力的动态可靠度评估及应用[D].武汉:武汉大学硕士学位论文,2006.

[2]王有志,王广洋.桥梁的可靠性评估与加固[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[3]CB 50283-1999,公路工程结构可靠度设计统一标准[S].

在役结构 篇5

海洋工程结构物复杂, 体积庞大, 造价昂贵。特别是与陆地结构相比, 它所处的海洋环境十分复杂和恶劣。在如此环境条件下, 环境腐蚀、材料老化、构件缺陷、机械损伤以及疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素, 都将导致结构构件和整体抗力的衰减, 影响结构的服役安全度和耐久度。FPSO作为油田主要生产设施, 承担生产及储藏任务, 其纳入结构完整性管理的范畴是完整性管理团队的一个重要课题。将运营期FPSO船体结构纳入到完整性管理流程中, 对降低风险、节省全生命周期内的成本以及为优化未来的设计都具有十分重要的意义。

对于运营期船体结构, 其结构完整性管理策略与新建船体结构管理做法和流程基本类似。由于运营期船体结构不能做出大量设计变更来缓解各种退化和事件带来的危害, 所以策略上又有所不同。风险管理和风险缓解都要落实到检测计划、监测和缓解措施上, 在制定和执行时应充分考虑各种制约因素。

2 RBI技术在FPSO上的应用现状

目前, 基于风险的检验技术 (Risk-Based Inspecti on) 已经在海洋工程领域得到较为广泛的应用, 各大船级社也陆续出台了关于RBI检验技术的技术指南[1,2,3]。与此同时, 各船东、船级社、研究机构等也陆续尝试将RBI检验技术应用于海洋工程结构领域。例如, ABS船级社2004年应用于西非某1973年由油轮改装的FPSO[4];BV船级社曾尝试将RBI检验与完整性管理理念应用于Girassol FPSO中[5]。国内方面, RBI检验技术在海洋工程结构领域也得到了广泛研究与初步应用。理论方面, 唐文勇等人较为系统地提出构建RBI检验技术应用于船体结构等领域的一般流程与需解决的关键问题[6]。另外, DNV船级社将基于风险的资产完成下管理 (AIM) 技术应用于中海油FPSO111上。随后, BV船级社也在南海发现号FPSO上成功运用RBI检验技术。

3在役FPSO船体结构RBI分析的基本流程

3.1结构层级划分与命名

为便于分析结构失效自最低结构等级发生, 到中间结构等级扩展, 再到最高结构等级失效的全过程, 需建立合适的FPSO船体结构分级模型。FPSO船体结构节点命名应符合准确性、一致性、先进性的要求。

对于大型的船舶, 关键在于区分参与总纵强度的主要结构与易引起疲劳热点损伤的关键区域。前者的风险在于, 由于服役年限较长极易导致过度的壁厚减薄, 引起总纵强度不足;后者的风险在于, 局部累积疲劳损伤引发不易检测到的疲劳裂纹, 导致局部结构强度不足。因此, 一般情况下, 可根据上述观点对其进行FPSO船体结构的分层划分。

船体结构的层级划分, 各大船级社相关规范中已有明确规定。但为更好地进行RBI分析, 本文采用BV船级社规范 (Rules for the classification of steel ships Part A, Chapter 2, Appendix 3) 与ABS船级社规范 (ABS FPI 5A-3-4) 相结合的方式进行。

根据舱室类型, 分为:Wing Tank/Center Tank;

对每一肋位, 分为:Deck Zone/Neutral Axis Zone/Bottom Zone, 并以纵向强度结构和横向强度结构区分, 见图1。

同时, 考虑到船体结构各疲劳关键点分析、分级的需要, 除上述必要分区外, 增加SCIPs (Structural Critical Inspection Points) 分区, 分区内包含图示的各类结构疲劳及检验关键点。SCIPs的选择根据ABS FPI 5A-3-4相关规定进行, 见图2。

因此, 按照上述船体结构层级划分原则, 对于大型的FPSO船体结构, 一般可划分为如表1所示的层级。

3.2风险筛选

风险筛选矩阵包括所评估风险的概率和后果。通常, 风险需要考虑安全、环境、经济等方面的影响。风险筛选的目的是将低风险的结构件快速识别出来, 针对中高风险的结构件进行详细分析, 从而使检验规划能够有效降低风险并具有成本效益。

风险筛选最终要定性确定所要分析的FPSO各主要舱室的风险等级。

FPSO船体结构数量繁多, 较好的系统层级划分策略可利于将各舱室不同的构件状态以相同的评价标准进行风险排序。

一般情况下, 由于FPSO特殊的储油、抗台风、系泊等用途, FPSO船体结构状态评价指标应至少包括以下6个方面:舱内涂层情况;结构腐蚀状况;点蚀状况;结构变形;裂纹、结构破损;舱底沉积物状况。

3.3详细的RBI分析

对于已经投入长时间运营的FPSO船体结构, 由于服役期间产生的壁厚腐蚀减薄、裂纹扩展、结构变形、涂层脱落等因素, 单单依据本文的舱室状态评分进行风险判定是不够的, 还需要根据历年的检测记录, 具体分析敏感区域的壁厚减薄情况、热点的累计疲劳损伤情况以及最为影响FPSO结构安全的极限强度情况。

3.3.1船体结构疲劳分析

失效概率的接受标准与所分析的节点的设计疲劳因子 (DFF) 的取值、所选定的S-N曲线、节点几何尺寸等因素有关。在给定S-N曲线、节点几何尺寸等参数的条件下, 可以确定疲劳失效概率和DFF之间的关系曲线。

3.3.2船体结构腐蚀现状分析

船体结构腐蚀现状分析, 需归纳汇总在役FPSO船体结构历年腐蚀数据, 借此分析每种舱室、总纵强度构件、横向强度构件当前的壁厚减薄情况, 并对壁厚减薄严重区域在日后的检维修过程中给予额外的关注。以南海发现号FPSO船体结构为例, 通过对比分析历年检测获得的数万个检测点, 可以得出如下壁厚分布情况 (以纵舱壁板为例) , 见图5。

4制定RBI检验计划

RBI检验策略覆盖范围必须满足相关船级社规范要求, 以制定RBI最低检验要求, 见表2。不同的舱室风险水平对应不同的检验要求, 并基于该建议要求制定检验区域。

RBI检验计划制定过程中, 对船体结构检验剖面的选取主要考虑以下几方面。

(1) 合规:满足ABS船级社相关规范要求; (2) 结构敏感区域:充分考虑各有限元计算、风险识别结果, 确保检验剖面覆盖结构薄弱区域; (3) 缺陷复检及扩大检验:覆盖第8次特检的各类检验发现, 增加相似位置的检验, 并尽可能在下次检验过程中进行复检, 确保监测结果持续性; (4) 避免重复:避免第8次特检中检验未发现异常的剖面, 选取检验剖面以与第八次特检互补; (5) MPI探伤:第8次特检过程中, 裂纹探测基于目视检验, 难以发现潜在的微小裂纹。因此, 对RBI检验计划增加对疲劳热点的抽检要求:对SCIPs的首次探伤检验, RBI检验计划推荐首次抽检部分肋位, 并根据检验结果决定扩大或缩减检验范围。建议选取3处横剖面进行全面NDT探伤, 对各横舱壁与甲板、船底板连接处以及船中0.5L范围内的横桁热点进行探伤检验; (6) UT测厚范围调整:对结构涂层保护良好的结构, 适当减小UT测厚覆盖范围;确保纵向受力结构特别是船底板、纵舱壁、甲板板等部位的测厚覆盖率;满足规范要求的基础上, 适当降低横向构件的测厚覆盖率 (横舱壁及横舱壁横桁除外) 。

在制定RBI检验计划时, 还应考虑RBI技术的通用技术规范, 通过目标可靠性准则与计算得到的失效概率, 综合计算目标舱段的首次检验日期与检验间隔。一般流程如图6所示。

5总结

在役期FPSO船体结构的安全对整个油田的正常运转至关重要。本文简要分析基于风险的检验 (RBI) 技术应用于FPSO等船舶结构的研究与应用现状, 系统阐述RBI检验技术在FPSO船体结构上的一般应用流程。事实上, RBI检验技术的应用情况还需根据FPSO实际生产过程中的经验逐步完善。

参考文献

[1]ABS.Guide for Surveys Using Risk-based Inspection for the Offshore Industry[S].New York:American Bureau of Shipping, 2003.

[2]ABS.Guide for Risk Evaluations for the Classification of Marine-related Facilities[S].New York:American Bureau of Shipping, 2003.

[3]ABS.Guidance Notes on Risk Assessment Applications for the Marine and Offshore Oil and Gas Industries[S].New York:American Bureau of Shipping, 2010.

[4]A Ku, C Serratella, R Spong.Structural Reliability Applications in Developing Risk-based Inspection Plans for a Floating Production Installation[J].OMAE, 2004, (1) :119-121.

在役火电机组节能管理模式 篇6

关键词：在役火电机组,节能,管理模式

1 加强节能基础管理,做好管理节能

加强节能基础管理,建立健全各种节能管理制度与管理办法,落实责任,责任到人、压力到位,从人力、物力、财力上保证节能工作的顺利开展,做到全员全过程节能。广泛宣传,提高节能意识,大力倡导节能降耗,增强职工节能的自觉性和积极性。

2 加强运行人员管理,开展节能竞赛

充分利用能耗分析、小指标在线考核管理系统等软件,指导运行人员操作,做好机组各项运行参数的调整和优化,开展节能降耗竞赛;制定并实施《运行指标竞赛管理办法》等,以奖励为主,奖励与考核并用,发挥运行人员节能的积极性和主动性。

3 优化运行参数,实现发电过程在线动态节能

采用各种调整手段,尽可能保持每一个可控的运行参数处于其设计值或目标值,使机组在最佳状态运行。通常可控运行参数主要有:主蒸汽压力、温度,再热蒸汽温度,氧量和排烟温度,飞灰和炉渣可燃物,凝汽器真空度,凝汽器端差,加热器端差,给水温度,机组补水量,脱硫浆液浓度、p H值等。运行中需要密切监视和检查的损失项目有:锅炉排烟损失、汽机冷端热损失、低负荷运行时效率的损失、固体未完全燃烧损失、给水加热器的运行损失、辅助设备自用电损失。

4 优化运行方式,实现科学节能

根据机组的负荷变化、季节变化等,通过科学的实验,找出能耗最低、经济性最佳的运行方式。主要有机组定滑压运行方式,汽轮机进汽调阀单顺序方式,制粉系统优化经济方式,循环泵组经济运行方式,湿干灰经济运行方式,低负荷增压风机经济方式、脱硫浆液循环泵经济方式,单侧风机机组启动、仅用汽泵启停机组方式,以及经济方式机组启动等多种方式。

5 实施设备系统技术改造,科技节能

采用先进技术、先进工艺、先进方法、先进设备,进行系统优化、设备更新和技术改造,是提高机组设备经济性的重要途径。对实践证明节能效果明显的系统优化、设备更新和技术改造措施,要优先安排所需资金,积极推广应用。

5.1 锅炉技改

(1)节约燃油,对烟煤可采用等离子点火,实现启停机不投油和助燃少用油。挥发分稍低的烟煤或挥发分较高的贫煤或无烟煤,可对喷燃器进行改造,采用少油(微油)点火,减少启停机及助燃用油。对于最低不投油稳燃负荷较高的锅炉,应根据燃煤品种、炉型结构,选用成熟而适用的技术进行喷燃器及配风改造,以提高锅炉低负荷时的燃烧稳定性,增加调峰能力,降低助燃和点火用油的消耗。

(2)引风机、送风机、一次风机等采用变频运行;离心式风机变频节电效果更好。

(3)钢球磨可采用耐磨高效钢球代替普通钢球,降低电耗率。

(4)引风机与增压风机合用一台。

(5)空气预热器采用柔性密封或扇形板间隙自动调整改造,降低漏风率。

(6)长期运转备用的动力改变频,如燃油泵改变频运行。

(7)改进吹灰器,增加激波、声波吹灰器(尾部烟道)。

5.2 汽机技改

(1)汽机通流部分及轴封改造,降低热耗,提高效率。

(2)凝泵改变频。

(3)循环水泵改双速或循环水母管两机相联,减少循环水泵运行台数,节约厂用电。

(4)凉水塔配水改造,改变水塔淋水分布,提高冷却效果。

(5)双背压凝汽器串联式抽气系统并联改造。

(6)对结构不合理、效率低的抽气器或真空泵,应采取更换新型高效抽气器或真空泵、增加或改造冷却装置等措施,进行有针对性的技术改造,以提高其运行效率。

(7)负荷变化较大及长期运转备用的动力改变频,如凝输泵改变频。

6 加强燃料管理,从燃料源头上做好节能工作

加强煤质特性分析,做好煤炭采购,加强配煤和煤质管理,加强燃煤购煤管理、运行管理,更好地达到节煤效果,保证企业利益。

(1)千方百计地做好燃煤选购工作,采购最经济煤种。购买煤炭要以设计煤种为基准,在满足灰熔点要求的前提下,综合考虑煤的热值、挥发分和含硫量。综合考虑煤的价格和对上煤、磨煤、入炉、燃烧、排放及脱硫全过程的影响,综合考虑,选用性价比最高的煤。

(2)加强燃料质量监督,严把入厂煤质量关。

(3)做好贮煤场的管理,合理分类堆放,减少煤场储存损失。

(4)积极探索、开展配煤掺烧。

7 小结

在役结构 篇7

为何要做

法律法规的要求

针对现役化工装置的工艺危害分析 (PHA, Process Hazard Analysis) , 不同的国家及地区有着不同的法规要求。比如:美国的职业健康安全管理局 (OSHA) 在其1992年发布的标准中就有了较明确的规定, 要求“在初次工艺危害分析后, 应至少每5年进行更新和重新评审, 确保工艺危害分析和当前工艺一致”。在2010年, 国家安全生产监管总局发布了AQ/T 3034—2010《化工企业工艺安全管理实施导则》, 针对现役化工装置的工艺危害分析, 提出了更高的要求:“企业应在工艺装置建设期间进行一次工艺危害分析, 识别、评估和控制工艺系统相关的危害, 所选择的方法要与工艺系统的复杂性相适应。企业应每3年对以前完成的工艺危害分析重新进行确认和更新, 涉及剧毒化学品的工艺可结合法规对现役装置评价要求频次进行。”

技术进步

随着时间的推移, 人们对工艺危害的认识不断加深, 尤其是在发生事故之后, 如:2005年英国邦斯菲尔德 (Buncefiled) 油库爆炸事故之后, 人们对“非受限蒸气云爆炸” (UVCE, Unconfined Vapor Cloud Explosion) 可能导致的后果有了新的认识;2005年美国德克萨斯炼油厂 (Texas City Refinery) 爆炸事故之后, 全球化工行业对有人使用的建筑物 (Occupied Building) , 尤其是化工装置中央控制室, 进行了全面的建筑物风险评估。随着时间的推移, 人们对工艺危害管控手段的认识也在不断加深, 如:在2000年前后发布的功能安全系列标准:IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》及IEC 61511《功能安全—流程工业安全仪表系统》, 极大地推动了安全仪表系统 (SIS, Safety Instrumented System) 在化工行业的应用。

变更

在化工工艺装置投入生产之后, 不可避免地会发生大量的变更, 包括工艺、化学品、设备、操作程序、人员及组织结构的变更等。这些变更可能对装置的安全带来负面影响, 需要在一段时间内对原有的HAZOP分析 (或其他工艺危害分析) 进行一次系统全面的梳理, 保证化工装置的安全运行。比如:公司原来使用5×5的风险矩阵来评估工艺风险, 现在改成7×8矩阵;公司原来的风险接受准则 (个人可接受风险标准) 为3×10-5, 现在改为3×10-6;化工装置周边的人口在装置投入运行之后的若干年内不断地增加, 如:2013年11月22日所发生的青岛输油管线爆燃事故, “原本管线所处的郊区现在变为繁华城区, 建筑物众多, 人口密集……”。

原有HAZOP的质量

原有的HAZOP分析或分析报告质量较差。可能有2个方面的质量问题:一方面是实质性的, 就是HAZOP分析本身的质量较差, 如:漏识了重大工艺安全风险、对工艺安全风险的评价不恰当等;另一方面可能是形式上的, 如:HAZOP记录不清晰, 如:采用了偏差到偏差 (DBD, Deviation by Deviation) 的记录方法, 不能清晰地展现事故剧情 (Scenario) 的发展逻辑关系等。

难点及解决方案

难点1缺乏变更管理系统或变更管理系统不完善

这是在进行在役装置HAZOP分析时最常见的问题。由于缺乏变更管理系统或变更管理存在差距, 可能导致工艺及仪表流程图 (P&ID, Process&Instrument Diagram) 不能反映现场的实际情况。

解决方案1建立完善的变更管理 (MOC, Management of Change) 系统, 确保每一个与工艺相关的变更, 都运用恰当的工艺危害分析 (PHA, Process Hazard Analysis) 方法进行了工艺危害分析, 并且在工艺及仪表流程图 (P&ID) 上及时地、正确地反映出来。

变更管理本身又有很多的难点, 如:如何确保变更被正确地识别, 从而纳入变更管理系统进行管理。变更如果未被识别出来, 就可能存在风险未被发现和控制;如何确保变更的风险被正确地识别。即使变更被正确地识别出来, 但是如果由于人的技术素质或只是想简单地走一下变更管理的过场, 风险没有被识别, 反而是浪费了公司的资源;如何确保变更管理的效率。纸质变更申请单物理地流转过每一个审批步骤, 可能是变更管理系统效率的最大杀手, 而电子化的变更管理平台是保证审批效率的最佳选择;如何保证变更管理所识别出来的控制措施被及时正确地执行到位。通过电子化的变更管理平台, 确保所有变更相关的控制措施都能被跟踪、定期提醒、直至完成关闭, 可能是一个比较好的选择。

确保变更能在工艺及仪表流程图 (P&ID) 上及时、正确地反映出来, 仅仅有变更管理的流程是不够的, 还应该开发与变更管理相配套的制度, 如:工艺及仪表流程图 (P&ID) 管理制度, 规定:职责——谁负责更新P&ID、谁负责批准P&ID的更新等;方法——变更的部分如何以“云图”的形式进行标示、主P&ID (Master P&ID) 如何保存、如何进行P&ID的版本控制与升版、如何进行P&ID变更的沟通等。

从时效的维度来看, 这是一种长期的解决方案, 能够很好地提升企业的工艺安全管理 (Process Safety Management) 水平, 但是对于马上要开展的在役装置HAZOP分析, 可能从时效上来讲不一定合适。从成本的维度来看, 这也是一项长期的投资, 花费可能在数十万至百万元之间, 投入是比较高的。

解决方案2让熟悉现场情况的工艺工程师或生产工程师提前准备一份符合现场实际情况的P&ID图, 在P&ID图标注出变更, 如:用红色笔手绘即可, 无须制作成相应的电子文档。

从时效的维度来看, 这是一种短期的解决方案, 能够很好地满足马上要开展的在役装置HAZOP分析的时效性要求。然而, 这个方案不能解决根本的问题, 所以, 企业在完成在役装置HAZOP分析之后, 应该着手建立一个完善的变更管理系统, 确保工艺安全信息 (PSI, Process Safety Information) 是最新的, 是能够反映现场实际情况的。从成本的维度来看, 需要企业至少投入一个工艺工程师或生产工程师, 花费若干天的时间即可。不同企业员工的人天费用可能是不同的, 从每天数百元至数千元不等, 所以这个方案的花费是不多的。

解决方案3让熟悉现场情况的工艺工程师或生产工程师参与HAZOP分析, 在HAZOP分析的过程中, 指出在某个具体的节点有哪些变更, 然后, HAZOP团队一起讨论这些变更可能带来的影响。

从时效的维度来看, 方案3和方案2是类似的, 只是短期方案, 也不能解决根本的问题。从成本的维度来看, 方案3无需企业工程师进行提前准备, 似乎是成本最低的选择。然而, 从另一个角度来看, 方案3可能降低HAZOP分析的效率, 使得HAZOP会议的时间增加, 由于HAZOP会议的参与人员在4~7人之间, 往往会使用外部咨询公司的专业人员, 所以方案3不见得从成本上是最优的。另外, 在HAZOP分析的同时识别变更, 增加了漏识的风险, 使得企业投入HAZOP分析的资源变成了一种彻底的浪费。

难点2参与人员素质和能力存在差距

参与在役装置HAZOP分析的, 通常是企业的工艺工程师或生产工程师。由于他们的日常工作所关注的内容通常为维护装置的正常运行、对装置的运行进行合理地优化等, 对于一些在设计阶段所需的工艺及工艺安全知识或能力, 如:安全阀超压工况 (Scenario) 选择、安全阀尺寸计算 (Sizing) 、多个小概率事件 (Double Jeopardy) 同时发生的可信性评价、设备或仪表失效 (可靠性) 分析、安全仪表系统 (SIS, Safety Instrument System) 及安全完整性等级 (SIL, Safety Integrity Level) 、事故后果模拟 (Consequence Analysis) 、个体风险 (Individual Risk) 及群体风险 (Societal Risk) 等, 往往存在着不足。

解决方案1培养企业内部的能力, 提高企业内工艺工程师或生产工程师的工艺及工艺安全知识或能力。能力的培养, 方法之一是培训, 而培训之前, 识别差距是第一步, 而识别差距的基础, 是首先建立专业能力模型 (Competency Model) 。从时效的维度来看, 这是一种长期的解决方案, 能够很好地提升企业的工艺及工艺安全能力水平, 但是对于马上要开展的在役装置HAZOP分析, 可能从时效上来讲不一定合适。从成本的维度来看, 这也是一项长期的投资, 花费可能在数十万至百万元人民币之间, 投入是比较高的。

解决方案2聘请专业HAZOP咨询公司的人员作为HAZOP主持人参与HAZOP分析。

从时效的维度来看, 这是一种短期的解决方案, 能够很好地满足马上要开展的在役装置HAZOP分析的时效性的要求。

难点3在役装置HAZOP分析方法的选择

如果企业在进行在役装置HAZOP分析时, 已经进行了新项目阶段的HAZOP分析, 如:参照美国职业健康安全管理局 (OSHA) 或按照国家安全生产监管总局的要求, 在5年或3年前新项目设计及建设阶段, 已经进行了HAZOP分析。这时, 在役装置HAZOP分析主要有3种不同的做法。

重新HAZOP (最复杂的方法) 。撇开之前所做的HAZOP, 就像之前所做的HAZOP没有一样, 完全按照初次HAZOP的方法来进行HAZOP分析。这种方法所需要的资源 (人力、成本等) 是最多的。

简单的方法。通过一些简单的检查表评审来完成在役装置HAZOP分析。这种方法需要投入的资源最少。

较复杂的方法。是介于重新HAZOP和简单方法之间的一种方法。只是针对性地对某些可能存在缺陷的领域进行深入的HAZOP分析, 而对另一些领域采用检查表等方式进行简单评估。较复杂的方法可能存在于简单的方法和重新HAZOP之间的某一个位置。

如何在这3种方法中选择一种最合适的 (在达到危害识别目的的前提下, 保证时间最省、投入资源最少、成本最佳) 的方法, 就是一个比较复杂的问题。

解决方案

从这3种不同的做法中选择一种最佳的做法, 有一些重要的考虑因素, 如:先前HAZOP的质量、自上次做完HAZOP分析以来的变更的数量、变更管理系统的完善程度 (如:变更识别是否完善、危害分析是否深入全面等) 、自上次做完HAZOP分析以来所发生的工艺安全事故, 是否已经被HAZOP所识别或漏识、企业工艺安全整体绩效水平等。

另外一个非常重要的影响因素是初次HAZOP分析之后所发生变更的特性, 如:变更数目的多少、变更规模的大小及复杂程度、变更时工艺危害分析的质量好坏、变更管理系统的完善程度:是否采用电子化的变更管理系统、变更所产生的行动项的关闭质量 (是否及时关闭、是否达到行动项的预期目的等) 、是否有完善的开车前安全检查 (PSSR, Pre-Startup Safety Review) 系统等。

对先前的HAZOP分析的质量评估, 通常可以采用检查表来实现。检查表可以采用是/否的评估方式, 如果有若干个否, 则认为先前的HAZOP质量不满足要求, 采用重新HAZOP作为HAZOP重新评审的方法。另一种评估方式是对每一个检查表评估项分配不同的权重, 然后对HAZOP质量进行评分, 确定具体采用什么样的方法进行HAZOP重新评审。

分析实例

某国际著名能源化工公司要求其在美国职业健康安全管理局 (OSHA) 工艺安全管理法规监管下的化工装置必须遵守工艺安全管理法规的要求, 每5年进行一次在役装置HAZOP分析。该公司的某化工装置于2007年投入生产, 在投入生产之前已经进行了3次HAZOP, 第一次HAZOP分析是在初步设计阶段, 第二次HAZOP分析是在详细设计阶段, 第三次HAZOP分析在装置投产前进行。在2010年, 该装置进行了扩能改造项目的HAZOP分析。在2012年, 该装置进行了第一次在役装置HAZOP分析。

针对在役装置HAZOP分析的难点1 (缺乏变更管理系统或变更管理系统不完善) , 该公司于2006年对其变更管理系统进行了改造和升级, 将原来基于纸质变更申请单进行流转的变更管理流程更新为电子变更管理系统 (e MOC, electronic Management of Change) 。所有与工艺相关的变更都必须经过e MOC系统进行申请、审查、评估、批准、实施直至完成关闭。在2012年HAZOP分析前, 某咨询公司HAZOP咨询师和该公司的工艺安全经理一起对2007年之后所有的工艺变更进行了筛选和归类, 共筛选出43项工艺相关变更。

针对难点2 (参与人员素质和能力存在差距) 和难点3 (在役装置HAZOP分析方法的选择) , HAZOP咨询师提前介入, 早在HAZOP分析开始之前2个月, 就和该公司的相关人员一起制定了在役装置HAZOP分析的工作指南 (To R, Terms of Reference) 。该工作指南 (To R) , 详细地规定了这次HAZOP分析的目的 (Objective) 、范围 (Scope) 、HAZOP方法具体选择 (Methodology) 、记录的详细要求、核心成员 (Core Team) 的能力要求、HAZOP团队成员的职责、HAZOP主持人的职责、管理层职责等具体的要求。

该公司的人员能力较强。其中一个原因是该公司在市场上的薪资竞争能力较强, 能招到并保留能力较强的专业工程师。另一个原因是该公司的管理比较规范、先进, 如:早在2002年, 该公司就采纳了专业能力模型 (Competency Model) 对其专业工程师进行评估、差距分析, 然后采用培训、在岗能力提升等方式确保人员能力和岗位要求匹配。

在确定HAZOP方法具体选择 (Methodology) 时, 针对一些重要的影响因素, 逐项进行考虑:先前HAZOP的质量:质量一般;先前HAZOP的彩色节点图:无;自上次做完HAZOP分析以来的变更的数量:43项工艺相关变更;变更管理系统的完善程度:采用电子化电子变更管理系统 (e MOC) 、变更危害分析质量较差;自上次做完HAZOP分析以来所发生的工艺安全事故:121项与工艺相关的事件 (Incidents) 、228项操作窗口 (Operation Envelope) 事件;是否存在被先前HAZOP所漏识的重大风险:有;企业工艺安全整体绩效水平:较好。

在役压力容器的缺陷及其检测 篇8

1.1 腐蚀

在压力容器的使用过程中, 腐蚀是最容易产生的一种缺陷, 化工容器更是如此。腐蚀是由于金属与所接触的介质产生化学或电化学反应而引起的。容器的腐蚀可分为均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀五种。

1.1.1 外壁腐蚀。

压力容器的内外表面都可以产生腐蚀。容器外壁一般与大气接触。大气的腐蚀作用与地区、季节等环境条件有密切关系。在干燥的地区或季节, 大气腐蚀的程度要比潮湿地区或多雨季节轻微的多。

1.1.2 内壁腐蚀。

容器内壁腐蚀主要是由于工作介质及其所含杂质的作用而造成的。对于具有腐蚀性的工作介质, 再设计容器时已采取了防腐措施, 如选用耐腐蚀材料或符合耐蚀板材、在容器的内壁加衬里, 进行表面改质或刷涂表面涂层等等。这种容器的腐蚀常因防腐措施遭到破坏后出现。

1.2 裂纹

裂纹是压力容器中最危险的缺陷, 它能导致容器发生脆性断裂, 同时又会促使疲劳破坏和腐蚀断裂。在国内外发生的压力容器的恶性事故中多数都与裂纹有关。按裂纹产生的时期, 压力容器中的裂纹大致可分为三类:

(1) 原材料中存在的裂纹, 如轧制裂纹、容器的拔制裂纹等; (2) 容器制造过程中产生的裂纹, 如焊接热裂纹、消除应力处理裂纹等; (3) 容器服役期内产生或扩展的裂纹, 如焊接冷裂纹、层状撕裂、再热裂纹、应力腐蚀裂纹和疲劳裂纹等。

1.3 变形

变形是指容器在使用以后整体或局部区域发生了几何形状的改变。这种缺陷在压力容器中一般比较少见。容器的变形缺陷可分为局部凹陷、鼓包、整体扁瘪和整体膨胀等几种形式。

1.3.1 局部凹陷。

在外力的撞击或挤压作用下, 容器壳体或封头的局部区域发生变形, 形成表面凹陷。薄壁容易于发生这种缺陷, 局部凹陷一般不会改变容器的壁厚, 只是引起容器外观局部位置改变, 不大美观而已。

1.3.2 鼓包。

容器内壁受到大面积片状腐蚀, 壁厚显著减薄, 因而在内压作用下器壁个别位置向外鼓起, 形成鼓包。个别情况下, 也可能由于容器受热不均, 局部位置温度过高而发生高温变形, 在内压作用下形成鼓包。这种鼓包会使容器局部位置壁厚减薄。

1.3.3 整体扁瘪。

这是薄壁容器在外压作用下失去稳定性而发生变形的结果。

整体扁瘪变形的特征有二:一是变形必受外压的作用;二是变形具有规则的形状。受外压壳体发生变形总是以波浪形向内凹瘪, 不同容器变形后的波形数各异, 但截面为圆形的壳体, 变形后成为扁椭圆形, 或成为梅花形。

1.3.4 整体膨胀。

由于容器壁厚太薄或超压使用, 在内压的作用下整个容器或某些截面产生屈服而发生膨胀, 造成了这种缺陷。

2 声发射技术在评价压力容器结构完整性方面的研究进展

2.1 正反两方面的研究内容

声发射技术具有动态检则与分析的特点。从20世纪60年代以来.该技术得到发达国家工业界的重视, 在理论研究、实验研究和工业实用三个方面取得了相当的进展。综合分析大量文献表明, 声发射理论和技术研究主要围绕正反两个问题进行, 即声发射源识别和声发射源评价。其研究可概括为以下几个方面:

(1) 不同声发射源模式或物理机制和理论与实验研究; (2) 声发射波在固体材料中的传播理论; (3) 声发射信号特性与材料微观力学特性、断裂特性之间的关系; (4) 研制多参量、多功能、高速度和实时分析的数字式新型声发射检测分析仪 (含新型高灵敏度和多用途换能器的研制) ; (5) 声发射信号处理 (如利用神经网络技术对声发射源特性进行模式识别, 模糊综合评价等) 的新理论、新方法; (6) 声发射检测/监测、评价的新方法及标准; (7) 声发射含义的广义化———扩展新的研究和应用领域; (8) 声发射技术用于结构完整性评价的经济和可靠性分析等。

上述研究领域涉及材料科学、声学、数学、力学、金属物理学、信号分析学、电子学、压力容器、计算机技术和安全工程学等学科, 因此, 声发射技术是一门跨学科的材料研究与动态无损检测新技术。

2.2 声发射技术用于在投压力容器的结构完整性评价

声发射技术作为一种动态检测的方法弥补了其他常规无损检测的不足, 使它成为保证压力容器安全运行的有效手段之一。

综合分析有关文献, 将声发射技术应用于压力容器结构完整性检测与评价分为以下三个方面:

(1) 新制压力容器的声发射检测与评价; (2) 在役压力容器的声发射检测和评定; (3) 压力容器的声发射在线监测和安全性评定。

在上述三个方面的应用中, 第二方面的应用效果最理想。我国有关单位已采用这种方法检测和评定在役压力容器数千台, 保证了压力容器的安全运行, 取得了显著的经济效益和社会效益。第三方面的应用最具优势, 对难以停产检修的近百台容器、储罐和其他结构进行在线检测、评定工作, 解决了用户生产与安全的难题, 并积累了一整套符合标准的技术方法和工作经验。在理论研究、实验室试验和大量现场应用的基础上, 采用这种技术的主要优点为:

(1) 在水压试验过程中, 声发射检测是对容器进行整体检测, 有目的的找出容器上存在的活性缺陷, 弥补了以前盲目抽查检测的不足, 提高了容器的安全使用功能; (2) 由于只针对声发射检测出的活性缺陷进行局部复验, 而且复验比例远远小于100%焊缝长度, 从而大大缩短检测时间, 为用户带来显著的直接经济效益。有关的经济分析表明, 声发射检测与常规检测速度相比可提高60%~70%, 费用节约50%~60% (不包括因缩短检修工期而带来的增加装置生产的经济效益) ; (3) 声发射检测是压力容器在线动态监测与评价的惟一方法, 它适宜于背景噪声小、操作稳定和可变载的工况条件。故用于各种压力和常压储罐等容器的在线检测与评价, 确定其安全级别和提供合理维修计划。对压力容器中已知裂纹进行局部状态监测, 其检测条件可适当放宽; (4) 采用上述方法可检测出严重超标的活性缺陷, 如采用断裂力学评定, 可进一步提高容器的安全可靠性。

总之, 声发射检测技术是压力容器检测手段之一, 但必须辅以其他常规检测方法配合, 这样才能更好地把握压力容器的安全技术状况。对安全技术状况较差的压力容器, 采用声发射技术分作为定期检测手段比较合适, 不宜作为主要的检测手段。对于使用年限超过设计年限的压力容器, 应要求检验单位增加检验项目, 增加检验内容, 如金相检验等, 必要时还应该进行材料的力学性能试验。对于超期服役压力容器较多的单位, 应利用相同工况的报废设备, 开展相关的技术研究工作, 进行材料的力学性能试验等, 收集相关数据, 以逐步摸索出超期服役的压力容器的内在发展规律, 便于指导今后的压力容器管理工作。

参考文献

[1]王志平.在役压力容器缺陷处理[J].工业安全与防尘, 1999 (6) .