安全技術(shù)——壓力容器設(shè)計(jì)使用年限2014-03-12

1、壓力容器設(shè)計(jì)使用年限1） 一般容器、換熱器殼體及管箱：10年；2） 塔類、一般反應(yīng)器、高壓換熱器、難于更換的元件或容器：1520年；3）球形容器：25年；4）重要的反應(yīng)容器：30年.具體的設(shè)計(jì)年限應(yīng)該用用戶提出，畢竟設(shè)備是有他們使用的，然后再根據(jù) 使用年限定設(shè)備的腐蝕余量；正常應(yīng)該是這個(gè)流程；但是現(xiàn)在包攬業(yè)務(wù)的都是一 些中間商，大家都不知道設(shè)計(jì)年限，所以這樣把這個(gè)任務(wù)推給了設(shè)計(jì)者，所以呢， 腐蝕余量=年腐蝕速率X設(shè)計(jì)年限；新容規(guī)TSG R0004-2009里注明：壓力容器設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)注明設(shè)計(jì)使用年限，對(duì)于這個(gè)新要求計(jì)算方法。1、所謂設(shè)計(jì)使用年限，就是指一臺(tái)壓力容器在正常的工況下，按均勻腐蝕的速

2、率，計(jì)算出設(shè)計(jì)使用年限。我覺得應(yīng)該叫理論設(shè)計(jì)使用年限比較妥當(dāng)，因?yàn)閷?shí)際的壓力容器使用年限是算不出來的，因?yàn)閴毫θ萜鞴r是在變化的，且存在不可預(yù)知。一些不可預(yù)知的操作因素也影響了計(jì)算結(jié)果。 所以我覺得只能當(dāng)做 均勻的腐蝕速率，這一 理想狀態(tài)”進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、2方法原則先按照設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度等參數(shù)計(jì)算出容器的計(jì)算厚度，這個(gè)厚度是壓 力容器使用年限厚度，我們暫且稱為年限厚度”也就是說一臺(tái)壓力容器的壁厚 減薄到 年限厚度”時(shí)，我們就認(rèn)為這臺(tái)壓力容器是不能使用了， 也就是說這臺(tái)壓 力容器使用年限已到。3、具體計(jì)算理論設(shè)計(jì)使用年限=（名義厚度-年限厚度）/均勻腐蝕速率，均勻腐蝕速率 單位為mm/年，關(guān)鍵是

3、這個(gè)數(shù)據(jù)是很難確定的，不同的壓力、不同的溫度和不 同介質(zhì)下這個(gè)數(shù)據(jù)如何得到呢？HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 中說也就簡(jiǎn)單的羅列了腐蝕速率，如腐蝕速率為0.050.13mm/年算輕微腐蝕。兩臺(tái)容器，同介質(zhì)同壓力，溫度不同，高溫的容器肯定比低溫容器的壽命短。如 何能精確到不同壓力、不同的溫度、不同的介質(zhì)下腐蝕速率呢？因?yàn)楦g速率差 0.01的話，計(jì)算的壽命差很多的。壓力容器預(yù)設(shè)運(yùn)用年限的研討錯(cuò)誤設(shè)計(jì)如果設(shè)計(jì)人員由于受技術(shù)條件及觀念等因素的制約，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì) 于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)使用壽命造成影響。如設(shè)備上有大開孔，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算采用壓力面積法時(shí)，接管與殼體連接內(nèi)外壁沒有采用圓

4、弧過渡； 如設(shè)計(jì)低 溫壓力容器時(shí)，不采用圓角結(jié)構(gòu)等?？紤]疲勞工況目前，GB150- 1998鋼制壓力容器中沒有提供元件的疲勞 設(shè)計(jì)方法。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在JB4732的溫度限制范圍以內(nèi)時(shí)，可以采用JB4732 中的疲勞分析設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算。這種有效次數(shù)是將金屬溫差的波動(dòng)循環(huán)次數(shù)乘以JB4732表3-4中所列的相應(yīng)系數(shù)，再將所得次數(shù)相加而得到總次數(shù)；由熱膨脹系數(shù)不同的材料組成的部件 （包括焊縫），當(dāng)（a1- a2）A T 0.00034時(shí)的溫度波動(dòng)循環(huán)次數(shù)。其中al與 a2是兩種材料的平均膨脹系數(shù)，AT為工作時(shí)溫度總波動(dòng)范圍。計(jì)算上述工況的 總循環(huán)次數(shù)?；蚩紤]其它條件包括啟動(dòng)與停車在內(nèi)的全范圍壓

5、力循環(huán)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）循環(huán)次數(shù)，不超過JB4732附錄C的疲勞曲線中，以設(shè)計(jì)溫度下材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度 Sm的3倍作為Sa所查得的循環(huán)次數(shù)（Sa為疲勞曲線中對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅值）；正常工 作時(shí)的預(yù)計(jì)（設(shè)計(jì)）壓力循環(huán)范圍不超過。（P為設(shè)計(jì)壓力，Sa是在相應(yīng)設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著壓力波動(dòng)動(dòng)次數(shù) 相對(duì)應(yīng)的縱座標(biāo)值，Sm是設(shè)計(jì)溫度下材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度；如果規(guī)定的顯著壓 力波動(dòng)次數(shù)超過設(shè)計(jì)疲勞曲線上給出的最大循環(huán)數(shù)，Sa則取對(duì)應(yīng)于曲線上最大循環(huán)次數(shù)的值）；在正常工作及啟動(dòng)與停車過程中，任何相鄰兩點(diǎn)之間的溫度不 超過（Sa是在規(guī)定的啟動(dòng)與停車循環(huán)次數(shù)下從所用的設(shè)計(jì)疲勞曲線上查得的縱 座標(biāo)值，E是在此兩點(diǎn)平均溫度

6、下的彈性摸量，a為此兩點(diǎn)平均溫度下的瞬時(shí)熱 膨脹系數(shù)）；正常工作過程中，任意相鄰兩點(diǎn)間溫度差的波動(dòng)范圍不超過（Sa是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著溫度差波動(dòng)的總循環(huán)數(shù)相對(duì)應(yīng)的縱座標(biāo) 值）；對(duì)于用彈性摸量腐蝕裕量腐蝕速率熱膨脹系數(shù)不同的材料制成的部件，在 容器正常工作下的溫度波動(dòng)總代數(shù)值范圍不超過 Sa/ E1a1 E2a2 （Sa是在相 應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著溫度波動(dòng)次數(shù)相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。在平均溫度下兩種結(jié)構(gòu)材料的瞬時(shí)熱膨脹系數(shù) al和a2,彈性模量為E1與E2。顯著溫度波動(dòng)是指整個(gè)變化范圍超過 S/2 （E1a1 E2a2）的溫度波動(dòng)）；機(jī)械載荷（不包括壓 力，包括管線反力）的波動(dòng)范

7、圍規(guī)定為由此而引起的應(yīng)力范圍不超過Sa； （Sa是在相應(yīng)的設(shè)計(jì)疲勞曲線中與規(guī)定的顯著載荷波動(dòng)總次數(shù)相對(duì)應(yīng)的幅值。規(guī)定的總次數(shù)超過106時(shí)，則Sa為對(duì)應(yīng)于106循環(huán)次數(shù)的幅值）。計(jì)算上述工況總循環(huán)次數(shù)。設(shè)計(jì)壽命計(jì)算將不作疲勞設(shè)計(jì)所允許的次數(shù) （按 JB4732規(guī)范取1000次）除以通過以上的條作計(jì)算出的總循環(huán)次數(shù)， 得出的數(shù)值就 是考慮疲勞作用工況下的設(shè)計(jì)使用壽命，如下式。設(shè)計(jì)使用壽命二將分別考慮腐蝕與疲勞工況下計(jì)算出的設(shè)計(jì)使用壽命相比較，小數(shù)者則為該容器的設(shè)計(jì)使用壽命。計(jì)算示例某壓力容器由一個(gè)筒體和兩個(gè)半球形封頭組成，其材料為16MnR腐蝕裕度為3mm腐蝕速率為0.15mn/年。容器中的自增強(qiáng)

8、接管由0Cr18Ni10構(gòu)成。容器每年停車維修6次。開啟2小時(shí)容 器達(dá)到最大壓力2.1MPa,最高溫度204C。啟動(dòng)中任意兩點(diǎn)間的最大溫差厶T= 121C。在正常操作條件下，兩點(diǎn)間的溫 差A(yù)T可以忽略不計(jì)。停車時(shí)，AT最大值為38C。已知碳鋼的熱膨脹系數(shù)為6.5 X 10- 6in / F,不銹鋼為9.5 X 10- 6in / F.如果不進(jìn)行疲勞分析設(shè)計(jì)， 試確定該容器最多能夠安全工作多少年考慮疲勞工況時(shí)的設(shè)計(jì)使用壽命根據(jù) JB4732中3.10.2.1，確定該容器每年 總的循環(huán)次數(shù)a）每年全范圍壓力循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為6次；b）由表可知，在啟動(dòng) 中，溫差T= 121C時(shí)的系數(shù)為4.關(guān)閉時(shí)溫差為

9、 T= 38C時(shí)的系數(shù)為1.因此， 一年內(nèi)金屬溫差波動(dòng)的有效循環(huán)次數(shù)為（4+ 1）X 6= 30次。c）在接管連接處，（9.5 X 10-66.5 X 10- 6）X 204的值為 0.00062，因?yàn)?該值大于0.00034，所以，每年的有效循環(huán)次數(shù)為6次。綜上所述，該容器每年總的循環(huán)次數(shù)為6+ 30+ 6= 42次。如果不按疲勞分析 進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么該容器最多可以使用設(shè)計(jì)使用壽命=23.8年考慮腐蝕工況時(shí)的設(shè) 計(jì)使用壽命腐蝕裕度為3mm腐蝕速率為0.15mm/年，則按腐蝕裕量計(jì)算壽命設(shè) 計(jì)使用壽命=20年結(jié)論本設(shè)備的設(shè)計(jì)使用壽命為20年。結(jié)束壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命不一定等于實(shí)際使用壽命，它僅僅是設(shè)計(jì)者根 據(jù)容器預(yù)期的使用條件而給出的估計(jì)，其作用是提醒使用者，當(dāng)超過壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)應(yīng)采取必要的措施，如經(jīng)常測(cè)量厚度和縮短檢驗(yàn)周期等。壓力容器的設(shè)計(jì)使用壽命是一個(gè)復(fù)雜的問題， 涉及到材料的選用、腐蝕基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)的選