在用壓力容器的腐蝕破壞適用性評(píng)估

在內(nèi)部和外部環(huán)境之間具有壓力差的安全殼裝置被定義為壓力設(shè)備，如用于運(yùn)輸和儲(chǔ)存流體的管道和壓力容器都是典型的壓力設(shè)備。在石油和天然氣行業(yè)，在役壓力設(shè)備最常見的問(wèn)題是局部腐蝕，這是一個(gè)非常危險(xiǎn)的安全隱患，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致生產(chǎn)損失、意外泄漏、對(duì)其他結(jié)構(gòu)的損壞，甚至是威脅到人身安全。歷史上有多次由于外部涂層破裂引起壓力設(shè)備腐蝕失效的嚴(yán)重事故，如果能在故障發(fā)生之前檢測(cè)到腐蝕問(wèn)題，工程師們就可以使用多種安全指南來(lái)評(píng)估設(shè)備的狀況，從而有效避免這些潛在的威脅。腐蝕破壞的適用性評(píng)價(jià)（FFS）Fitness-for-Service（FFS）是一種最佳實(shí)踐工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用于確定在役設(shè)備是否適合繼續(xù)使用。有許多眾所周知的FFS方法，如美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）發(fā)布的API579中有用于評(píng)估一般金屬損失的單獨(dú)程序（第4章）、局部金屬損失（第5章）和點(diǎn)蝕（第6章）；英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)發(fā)布的BS7910為評(píng)估結(jié)構(gòu)缺陷提供了指導(dǎo)，其中的附錄G程序涵蓋了管道和壓力容器的一般和局部金屬損失，但與API579用于局部金屬損失的程序有所不同。其他常見的FFS方法如下：方法/標(biāo)準(zhǔn)備注APIRP579第4,5,6章一般腐蝕、局部腐蝕和點(diǎn)腐蝕。主要基于規(guī)范設(shè)計(jì)。ASMEB31G針對(duì)管道（比較保守的）英國(guó)能源R6倒塌解決方案適用于圓周腐蝕的快速評(píng)估。BS7910附錄G源自BritishGas的管道程序。DNVRPF101用于管道和管道系統(tǒng)。包括部分安全系數(shù)和外部載荷。PD5500和ASME規(guī)范案例例如考慮使用實(shí)際強(qiáng)度，而不是最小屈服強(qiáng)度（SMYS）。逆向設(shè)計(jì)規(guī)范如PD5500、ASME等，相對(duì)簡(jiǎn)單的利用實(shí)際厚度對(duì)照規(guī)范要求。殼牌全球解決方案手冊(cè)：管道、彎頭和壓力容器內(nèi)部程序。RP579、R6和EPERC方法的組合。FFS方法論和API579可以通過(guò)監(jiān)控壁厚的減薄程度，來(lái)建立腐蝕速率和資產(chǎn)的剩余壽命。這些參數(shù)被視為預(yù)測(cè)和拒收標(biāo)準(zhǔn)的一部分，用于確定腐蝕數(shù)據(jù)收集期間設(shè)備的剩余使用壽命和使用價(jià)值。數(shù)據(jù)收集是通過(guò)無(wú)損檢測(cè)方法獲得的，例如自動(dòng)超聲波檢測(cè)，該方法可用于檢查臥式壓力容器。圖1顯示了自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備對(duì)可疑腐蝕減薄區(qū)域進(jìn)行連續(xù)掃描的網(wǎng)格布局，記錄每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的厚度分布可供以后分析使用。圖1腐蝕減薄區(qū)檢查網(wǎng)格可以通過(guò)遵循API579標(biāo)準(zhǔn)提供的分步指南來(lái)估計(jì)資產(chǎn)的剩余壽命。圓周和縱向平面所需的最小壁厚可利用以下數(shù)學(xué)公式計(jì)算：式中：E為焊接效率系數(shù)；S為許用應(yīng)力；P為最大設(shè)計(jì)壓力；R為壓力容器半徑。然后將這兩個(gè)計(jì)算結(jié)果與超聲波檢測(cè)獲得的平均厚度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。壓力容器的剩余壽命是通過(guò)使用如下所示方程將腐蝕速率和測(cè)量時(shí)間間隔考慮在內(nèi)來(lái)確定的?；颍褐?jǐn)防結(jié)構(gòu)不連續(xù)性FFS評(píng)估程序也有其局限性，因?yàn)樗鼈儙缀醵际腔诤?jiǎn)單直管而沒(méi)有考慮不連續(xù)性。而實(shí)際上，在幾何形狀發(fā)生變化的位置（如封頭的接頭位置），由于位移不相容性會(huì)引起彎矩增加。由圖2可以看出，剪切力和力矩的影響會(huì)導(dǎo)致徑向位移。圖2位于封頭接頭處的不連續(xù)處的載荷示意圖此外，結(jié)構(gòu)不連續(xù)性還會(huì)帶來(lái)額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈儧](méi)有通過(guò)爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分驗(yàn)證。建議資產(chǎn)所有者確保責(zé)任承包商具有這些幾何結(jié)構(gòu)的有限元分析（FEA）經(jīng)驗(yàn)或驗(yàn)證案例。結(jié)構(gòu)不連續(xù)性問(wèn)題通常很難用解析方法解決，有時(shí)甚至是不可能的。考慮噴嘴的不連續(xù)性噴嘴的應(yīng)力分布甚至比其他不連續(xù)處的應(yīng)力分布更為復(fù)雜。角部?jī)?nèi)表面的主應(yīng)力位于主殼體的軸向平面內(nèi)，如圖3所示。API579已調(diào)整區(qū)域替換規(guī)則（即反向設(shè)計(jì)）以防止腐蝕噴嘴的整體失效，但是并未明確防止腐蝕韌帶的局部塌陷。圖3沿殼體到噴嘴接頭的復(fù)雜應(yīng)力示意圖為避免被腐蝕的噴嘴整體坍塌，可采用以下方法：01ASMEVIIIDivision1：區(qū)域替換規(guī)則02焊接研究委員會(huì)的方法：WRC10703BSPD5500：彈性應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)則評(píng)估方法的選擇取決于可用的輸入?yún)?shù)，以及哪種方法能確保完整性而不會(huì)過(guò)于保守。然而，使用整體坍塌標(biāo)準(zhǔn)并不總是足以確保服務(wù)的適用性，并且沒(méi)有一種標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴腐蝕評(píng)估方法在世界范圍內(nèi)被普遍接受。圖4確保足夠的整體噴嘴強(qiáng)度的區(qū)域更換方法腐蝕FFS程序的未來(lái)美國(guó)和歐洲的規(guī)范委員會(huì)始終以彼此的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，因此FFS的未來(lái)很可能是從協(xié)同作用中吸取的綜合經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)而來(lái)。在不久的將來(lái)，API、BSI和其他標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可將增強(qiáng)用戶的信心并鼓勵(lì)更廣泛的應(yīng)用。目前，API579和BS7910是最常用的程序之一。API579主要用于美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)的設(shè)備，而在其他設(shè)備上的應(yīng)用需要仔細(xì)解釋程序。BS7910可以應(yīng)用于