液化石油气球罐的安全评定

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摘 要：通过对液化石油气球罐的定期检验,运用软件对球罐进行安全评定.结果表明,缺陷通过基于常规评定方法的安全性评价计算,该球罐在正常工况下运行是安全的,不会发生失效.软件分析在一定程度上可以替代常规人工评定,缺陷评估效率得到很大提高.

关 键 词：安全评定；球罐；定期检验

前言

压力容器是工业生产中的常用设备.随着工业生产水平的不断提高,要求压力容器向高参数、大型化发展.球形容器与其它形状的压力容器相比,由于其几何形状的中心对称性,因此受力最均匀.在相同壁厚条件下,球形容器的承载能力最高；在相同内压和直径条件下,球形容器所需要的壁厚最薄；在相同容积条件下,球形容器表面积最小.因此,在储存相同压力和体积物料的条件下,采用球形容器最节约钢材[1].大型球形容器因其占地面积小、综合造价低,成为球罐技术发展的方向[2].鉴于球形容器的上述优点,目前,国内外主要采用球形储罐来储存各种气体和液化气体,在石油、化工、冶金和城市燃气供应等方面得到广泛使用.球罐的质量既关系企业生产,又关系人身安全.一旦发生事故将是灾难性的,给企业和国家带来巨大的财产损失.因此,必须按照国家有关规定认真开展球罐的定期检验和缺陷修复、评定工作,确保企业安全生产.

国家标准GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》集成了国内压力容器安全评定的最新研究成果和工程实践经验,使国内在用含缺陷压力容器安全评定技术提高到了当代国际水平,为降低国内压力容器灾难性事故率提供了有效的技术手段[3].GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》的失效评定采用评定的技术路线,分别是平面缺陷的简化评定（简称简化评定）、平面缺陷的常规评定（简称常规评定）和平面缺陷的分析评定（简称分析评定）,也可称为一级、二级、评定.

1.球罐概况简介

某石化公司内1台液化石油气球罐于2010年11月竣工.根据有关规定[4],该球罐投用后必须进行定期检验.2013年12月对该球罐进行开罐检验,此次检验为首次定期检验.检验中发现有多处缺陷,为此,运用常规评定方法对缺陷进行安全评定.

1000m3液化石油气球罐为混合式,由30块Q345R球壳板组焊而成,有8根支柱,结构为赤道正切式2.1.宏观检查

检验结果表明,球罐纵缝最大错边量为3.0mm,环缝最大错边量为3.0mm；环缝环缝最大棱角度为6.0mm；焊缝余高为2.5mm,有轻微均匀腐蚀,其值小于等于0.5mm,其他参数均为合格.

2.2.壁厚测量

对球罐重点部位进行壁厚测量,测定位置具有代表性,应选择在液位经常波动的部位和腐蚀较为严重的地方.测点应有足够的点数,每块球壳板最少测5个点,对易于积液的球罐下部,及腐蚀严重的部位要增加测点数量.经过检测,实测最小壁厚为40.0mm,能够满足强度要求.

2.3.无损检测

2.3.1.磁粉检测

对球罐内外表面对接焊缝、球罐的支柱、人孔、接管的角焊缝进行100%磁粉检测,其中外表面对接焊缝发现表面裂纹10处,内表面对接焊缝发现表面裂纹3处,对所有缺陷进行了打磨消除.打磨后遗留下的凹坑就成了球罐的新缺陷,最大凹坑尺寸为长150mm,宽50mm,深3mm,记为缺陷1.

2.3.2.TOFD检测和手动式A型超声检测

对球罐内表面对接焊缝进行50%手动式A型超声检测（包括所有焊缝交叉部位）,发现超标缺陷1处,通过用TOFD检测复检,确定缺陷尺寸为：深度：22.8mm.,指示长度：51.1mm,高度：6.0mm,记为缺陷2.

2.4.硬度测定

采用抽查方式对球罐焊缝进行硬度检测,主要抽查内、外壁有表面裂纹的部位、补焊部位、腐蚀严重部位和埋藏超标缺陷部位及其附近区域.每处包括焊缝一点,母材和热影响区每侧各一点,共五点.通过使用HL-80硬度仪检测,硬度值在105～160HB之间,均未发现异常.

2.5.安全附件检查

对球罐的安全阀、压力表、液位计、温度计进行校验合格,以确保球罐的安全运行.

3.球罐缺陷安全评定

缺陷安全评定前对缺陷进行分类,以便有针对的进行安全评定.其中凹坑安全评定应符合如下条件[5]：

（1）的筒壳或的球壳；

（2）材料韧性满足压力容器设计规定,未发现劣化；

（3）凹坑深度小于计算厚度的60%,且坑底最小厚度不小于2mm；

（4）凹坑长度；

（5）凹坑宽度不小于凹坑深度的6倍（容许打磨至满要求）.

对于超出上述限定条件或在服役期间表面有可能生成裂纹的凹坑缺陷,应按平面缺陷进行评定.

由上述规定,可以得到缺陷1为凹坑缺陷,缺陷2为平面缺陷.

3.1.凹坑缺陷评定

球罐表面凹坑缺陷的无量纲参数按下式计算：

若,则该凹坑缺陷可免评定,认为是安全的或是可以接受的；若,则该凹坑缺陷应按照凹坑缺陷的评定程序进行评定.

经过对缺陷1的进行计算,发现该缺陷的,即该凹坑缺陷免评定,可以认为是安全的.

3.2.平面缺陷评定

3.2.1.建立有限元模型

对缺陷2运用V-SAPE软件进行断裂安全评定.在多数有限元分析中,利用对称性原理一般取1/8球罐为研究对象,同时,为减少有限元的计算量和便于几何模型离散化的考虑,忽略非重点部位的圆角、倒角等因素3.2.2.应力分析

有限元模型建好后,给单元或节点施加合适的约束和载荷就可以对模型进行分析.球罐工作压力1.6MPa,工作温度50℃,水压试验压力2.0MPa.按照GB/T19624-2004标准评定需借助有限元分析工具来确定一次应力及其应力强度因子,使用有限元分析法计算一次应力,二次应力,根据GB/T19624-2004标准进行计算.3.2.3.失效评定

GB/T19624-2004标准规定,无法修复的超标缺陷必须进行失效评定.严格按照GB/T19624-2004标准计算一次应力强度因子,按照GB/T19624-2004标准附录D计算二次应力强度因子4.结语

4.1.从评定结果看,缺陷通过基于GB/T19624-2004标准常规评定方法的安全性评价计算,该球罐在正常工作条件下可以安全运行.

4.2.根据以上评定结果,该球罐满足今后继续安全运行的要求.因此得出以下结论：球罐安全状况等级定为3级；在工作压力不大于1.6MPa,工作温度为50℃,介质为液化石油气的条件下,下一次的检验日期为2016年12月.

4.3.软件自动提取含缺陷部位的应力分析结果,分析过程和结果都符合相关国家标准的要求,软件分析在一定程度上替代常规人工评定,缺陷评估效率得到很大提高.

4.4.尽管经过评估球罐是安全的,但是由于实际问题的复杂性,建议企业在球罐的继续使用过程中,尽量降低球罐的操作压力,减少压力波动,加强在线检验,缩短检验周期.