含缺陷低溫液氧儲(chǔ)罐合于使用評(píng)價(jià)研究

陳超，巫金洲

（南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210000）

按照TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)設(shè)備實(shí)施定期檢驗(yàn)，能夠有效地保障設(shè)備安全。檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，工程上常采用合于使用評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行評(píng)估，判斷是否滿足繼續(xù)安全使用的要求。合于使用評(píng)價(jià)方法興起于20世紀(jì)80年代的歐美國(guó)家，我國(guó)經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合國(guó)內(nèi)承壓設(shè)備特點(diǎn)，推出了GB/T 19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》、GB/T 30513-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》，該標(biāo)準(zhǔn)基于彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)理論，廣泛應(yīng)用于承壓設(shè)備安全評(píng)價(jià)。

本文以某企業(yè)低溫液氧儲(chǔ)罐定期檢驗(yàn)為例，檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)外筒下封頭底部存在大面積腐蝕減薄，通過(guò)對(duì)腐蝕損傷原因進(jìn)行分析，結(jié)合GB/T 30513-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》對(duì)腐蝕減薄部位進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。

1 設(shè)備概況

該低溫液氧儲(chǔ)罐自2009年7月投入使用，采用雙層殼體結(jié)構(gòu)，外部采用柱腿支撐。低溫液氧儲(chǔ)罐的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 低溫液氧儲(chǔ)罐技術(shù)參數(shù)

2 檢驗(yàn)概況

定期檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備外筒底部封頭中央部位存在大面積腐蝕減薄，減薄區(qū)域近似呈圓形，直徑約95mm，減薄區(qū)域形貌見(jiàn)圖1。根據(jù)GB/ T35013-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》。

圖1 減薄區(qū)域形貌

壁厚測(cè)定與減薄缺陷的尺寸表征對(duì)減薄區(qū)域進(jìn)行測(cè)厚，所得壁厚實(shí)測(cè)值記為ti（i=1,2...n）。

減薄區(qū)域測(cè)厚數(shù)值見(jiàn)表2，數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)位置分布見(jiàn)圖2，實(shí)測(cè)最薄點(diǎn)為tmin=3.50mm。

表2 減薄區(qū)域測(cè)厚數(shù)值及分布

圖2 減薄區(qū)域測(cè)厚數(shù)據(jù)位置分布

3 合于使用評(píng)價(jià)

通過(guò)實(shí)測(cè)壁厚，對(duì)減薄區(qū)域的壁厚變異系數(shù)COV進(jìn)行計(jì)算：

計(jì)算可得，該減薄區(qū)域壁厚變異系數(shù)COV=0.167＞0.1，進(jìn)行基于危險(xiǎn)壁厚截面法的測(cè)厚與分析，設(shè)置兩組正交的能夠完全覆蓋金屬減薄區(qū)的測(cè)厚網(wǎng)格線，網(wǎng)格線間距不大于sL。

式中，trd為遠(yuǎn)離金屬減薄區(qū)的實(shí)測(cè)壁厚，取值為8.0mm，經(jīng)計(jì)算可得：Ls=16mm，原有的網(wǎng)格間距滿足危險(xiǎn)截面測(cè)厚要求，統(tǒng)計(jì)每一軸向和環(huán)向網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的最小實(shí)測(cè)厚度值，得到該減薄區(qū)域的危險(xiǎn)界面長(zhǎng)度，如圖3所示。

圖3 減薄區(qū)域危險(xiǎn)截面長(zhǎng)度

計(jì)算該部件的特征長(zhǎng)度L：

式中，tc為評(píng)價(jià)用計(jì)算厚度，tam為部件實(shí)測(cè)厚度的表征值，F(xiàn)CA為未來(lái)計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的腐蝕量。

計(jì)算的L=66.9mm，小于減薄區(qū)域的特種長(zhǎng)度S、C判斷為均勻減薄，取實(shí)際測(cè)厚最小值作為部件壁厚表征值tam，其滿足均勻減薄的評(píng)價(jià)條件，按照5.6.1.1均勻評(píng)價(jià)進(jìn)行1級(jí)評(píng)價(jià)

根據(jù)GB150-98 6.2外壓球殼的計(jì)算表征厚度下的許用外壓力[p]，

其中，B值通過(guò)計(jì)算A值后從外壓應(yīng)變系數(shù)A曲線中查得：

計(jì)算可得，B≈25MPa，[p]=0.036MPa，實(shí)際工作壓力Pc為0.2MPa，[p]＜Pc，即在此壁厚表征值下，該減薄缺陷不滿足設(shè)備安全使用要求，易產(chǎn)生變形甚至泄漏導(dǎo)致保冷失效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸存在極大的安全隱患，需立即停止使用并進(jìn)行維修或更換。

查閱該設(shè)備的運(yùn)行記錄及歷次檢驗(yàn)報(bào)告，該設(shè)備下封頭底部使用過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)局部腐蝕，使用單位在封頭底部中心部位違規(guī)帖合一塊直徑約100mm的鋼板用于引導(dǎo)雨水，但貼合部位角焊縫密封不嚴(yán)，造成凝液、雨水等在貼合板與下封頭之間累積，增加腐蝕可能性，腐蝕加劇，最終貼合板脫落，嚴(yán)重局部腐蝕。

4 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)包含設(shè)備失效概率、設(shè)備的失效后果兩個(gè)方面。風(fēng)險(xiǎn)值的高低直接與時(shí)間相關(guān)，隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕減薄、蠕變、疲勞、材質(zhì)劣化等損傷模式逐步累積。通過(guò)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，識(shí)別出影響風(fēng)險(xiǎn)增大的主要因素，采取針對(duì)性的檢驗(yàn)檢測(cè)手段或者其他措施降低風(fēng)險(xiǎn)，保證設(shè)備運(yùn)行中風(fēng)險(xiǎn)處于合理可接受范圍。

風(fēng)險(xiǎn)的顯示采用5×5矩陣圖，橫向?yàn)槭Ш蠊?，分為A～E 5個(gè)級(jí)別逐步增大；縱向?yàn)槭Э赡苄?，分?～5 5個(gè)級(jí)別逐步增加。采用Synergi Plant RBI Onshore軟件對(duì)該臺(tái)低溫液氧儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)險(xiǎn)矩陣，如圖4所示。

圖4 設(shè)備當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果（2022年5月、2023年5月）

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算矩陣圖可知，因局部減薄引起的失效概率等級(jí)為最高級(jí)的5級(jí)，是導(dǎo)致設(shè)備整體風(fēng)險(xiǎn)值高的主要因素，通過(guò)修改或改造的方式對(duì)封頭底部減薄區(qū)域進(jìn)行維修或更換，能夠有效保證設(shè)備安全。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)GB/T35013-2018《承壓設(shè)備合于使用評(píng)價(jià)》對(duì)低溫液氧儲(chǔ)罐腐蝕減薄部位進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，經(jīng)評(píng)價(jià)后，現(xiàn)有的缺陷已不滿足設(shè)備繼續(xù)安全使用的要求，應(yīng)立即進(jìn)行維修或更換。

結(jié)合設(shè)備運(yùn)行記錄及歷次檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)腐蝕減薄的原因進(jìn)行分析，下封頭局部減薄主要由使用單位違規(guī)改造引起，使用單位應(yīng)嚴(yán)格按照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)特種設(shè)備實(shí)施管理，嚴(yán)禁私自改造。

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算軟件對(duì)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，識(shí)別影響設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，制定針對(duì)性的檢驗(yàn)策略并提出使用管理中的管理重點(diǎn)。