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國外壓力容器和工業(yè)結(jié)構(gòu)缺陷評定規(guī)范的新進展二

  
評論: 更新日期:2008年10月29日
2、英國含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評定標準(R6)
R6-Rev.4:2001是在英國British Energy(英國核電公司)、BNFL(英國核燃料公司)及AEA(英國原子能管理局)組成的結(jié)構(gòu)完整性評定規(guī)程聯(lián)合體下的R6研究組編制的。R6第3版后已陸續(xù)地增補了10個新附錄,由于近年來斷裂力學(xué)評定技術(shù)的發(fā)展特別是SINTAP、BS7910和美國API 579的出現(xiàn),故而吸收世界各國研究進展和R6自己發(fā)展計劃決定對R6作了全面修改,于2001年頒布了第4次修訂版。
現(xiàn)將主要變化介紹如下:
2.1 失效評定曲線三種選擇的變化
(1) R6-op.1的原失效評定曲線被SINTAP的第0級的曲線取代,即由:
(30)
改為: (1)
以保證在低處與R6-op.2曲線一致,對有屈服平臺材料Lrmax取等于1。
(2) R6-op.2改為有三種曲線。
原R6-op.2曲線仍保留,被稱為材料特征的選擇2曲線(式23),用于已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時建立選擇2曲線。
在不知道材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時,采用SINTAP第1級(基本級)失效評定曲線的研究成果,給出的兩種可供選擇的近似曲線,分別用于無屈服平臺的連續(xù)屈服材料和有屈服平臺的非連續(xù)屈服材料,只要求知道材料的屈服強度、抗拉強度和楊式模量,不需要知道應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
一種是連續(xù)屈服(即無屈服平臺)材料用的近似選擇2曲線。
在Lr<1的范圍內(nèi), (9)
在Lr>1但 (7)
這里,f2cr (1)為按式(3)在Lr=1時的(Lr)值。
(10) N為材料應(yīng)力-塑性應(yīng)變關(guān)系用冪函數(shù)擬合表示時的指數(shù),可用式(8)近似估算。
(8)
另一種就是不連續(xù)屈服(有屈服平臺)材料的近似選擇2曲線。
在Lr<1處:
(3)
在Lr=1處的f2dy(Lr)為:
(4)
這里 (5)
屈服平臺長度可按下式估算
(6)
在1 (7)
在利用上述新失效評定曲線時必然會發(fā)現(xiàn)一個問題,如果既無應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù),又不知道其是否是非連續(xù)屈服(有屈服平臺)材料,該如果辦呢?規(guī)范給出了根據(jù)材料屈服強度、材料化學(xué)組成及熱處理方式判斷是否為不連續(xù)屈服材料的導(dǎo)則。
(3)R6-op.3曲線沒有更改
2.2 分析類別的變化
取消了原R6的允許有限量撕裂的第2類分析。第1類分析和第3類分析已改名,直截了當(dāng)?shù)胤Q為基于起裂的分析和基于延性撕裂的分析。
2.3 結(jié)果意義的評價方法的變化:增補了在有多個一次載荷作用時"評定結(jié)果意義"的評價方法,但取消了原來的一次加二次的聯(lián)合載荷時確定FL的圖解法。
2.4 R6附錄的發(fā)展與變化
1986年R6-Rev.3 時已有8個附錄,它們是:1. 斷裂韌性值的確定 2. 塑性屈服載荷分析 3. 應(yīng)力強度應(yīng)子的確定 4. Krs的計算 5. 計算機輔助的計算6. 疲勞和環(huán)境導(dǎo)致裂紋擴展的計算 7.Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型載荷下的計算 8.由C-Mn(低碳)鋼制作結(jié)構(gòu)完整性評定。
R6第3版頒布后又陸續(xù)地增補了10個新附錄,反映了安全評定技術(shù)的范圍日益擴大,它們是:9.LBB分析 10. 概率斷裂力學(xué) 11. 位移控制載荷分析 12. 焊接殘余應(yīng)力的確定 13. 載荷歷史的影響(包括水壓試驗、溫預(yù)應(yīng)力,載荷次序及持續(xù)載荷的影響) 14. 考慮拘束度的修正 15. 裂紋止裂 16. 強度不匹配 17. 局部法 18. 有限元法。加上過去1986年版的8個附錄,到1999年時已經(jīng)有了18個附錄了。到2000年正式出版第4版前,他們將這些內(nèi)容又全部進行補充修訂,考慮到新版不再設(shè)置附錄,而將這些附錄的內(nèi)容分散到文本中,分別以節(jié)的名義出現(xiàn)。
整個文本分為五章:
第一章:基本規(guī)程
第二章:基本規(guī)程的輸入
第三章:其他評定方法
第四章:一覽表(包括極限載荷解,強度不匹配的極限載荷解,應(yīng)力強度因子解及殘余應(yīng)力分布)
第五章:驗證及應(yīng)用案例
大部分新附錄均列入第三章(其他評定方法),共分14節(jié),用于替換第一章的基本規(guī)程,這些方法又分為三類:第一類是用于特定評定目的的新方法,包括LBB評定、裂紋止裂評定、概率斷裂評定和位移控制載荷時的評定。第二類是使第一章的基本方法不必要的保守程度降低從而更精確的一些評定方法,可以計算出更明確的安全裕度。包括拘束度影響的修正、強度不匹配影響的修正、局部法導(dǎo)則及加載歷史的影響。第三類為進一步支持第一章基本方法的一些方法,包括有限元導(dǎo)則、J積分估算法、持續(xù)載荷評定、Ⅰ型Ⅱ型加Ⅲ型載荷下的評定及C-Mn(低碳)鋼結(jié)構(gòu)的評定。下面簡單介紹幾個讀者可能感興趣的新方法。
2.5裂紋止裂評定
在1999年的R6時為附錄15,在2000年頒布時被列為第三章第12節(jié),這是2000年新增的評定方法,全文長15頁。
有時會遇到即使發(fā)生脆性裂紋起裂,但有可能自動止裂而不發(fā)生撕裂失穩(wěn)失效。例如熱沖擊事件的孔邊裂紋開裂后的擴展,一方面,裂紋擴展是向溫度較高區(qū)域擴展,材料斷裂韌度越來越大,另一方面,由于裂尖離孔邊越遠,應(yīng)力強度應(yīng)子越低,斷裂推動力不斷下降,因而當(dāng)斷裂推動力低于裂尖溫度下的斷裂韌度時就有可能止裂。裂紋止裂取決于裂紋體幾何尺寸、承受載荷、溫度和材料,止裂應(yīng)該考慮動態(tài)效應(yīng),并且動態(tài)斷裂韌度是溫度的函數(shù)。本評定方法就是給出該裂紋能否止裂的評定。R6在該節(jié)中提供了兩種方法,一種是基于材料靜態(tài)性能K1a的靜態(tài)分析法(Ⅲ-15.5.1),另一種是基于材料動態(tài)性能K1d、K1A的動態(tài)分析法(Ⅲ-12.5.2)。在靜態(tài)分析中引入了一個系數(shù)fs以說明動態(tài)的影響,但fs值的大小還值得進一步研究。
2.6局部法評定
為R6第4版第3章第9節(jié)的方法,長22頁,在第5章給出了一個驗證案例,長10頁。
局部法是基于裂紋尖端或尖缺口處的應(yīng)力應(yīng)變、局部損傷與其斷裂臨界狀態(tài)有關(guān)的事實,是材料失效微觀力學(xué)模型在工程上的應(yīng)用。這些方法是通過材料特征參量來標定的,這些參量是參考試驗數(shù)據(jù)、定量金相和有限元分析的聯(lián)合而推導(dǎo)出來的。一旦求得該材料的參量,由于認為它們和試件幾何尺寸無關(guān),與載荷無關(guān),從而可用于評定該材料制的任何結(jié)構(gòu)。
R6的Ⅲ-9節(jié)中給出了四種局部法模型,它們是
a.Beremin 解理斷裂模型[Ⅲ-9.6]
b.Beremin 延性斷裂模型[Ⅲ-9.7]
c.Rousselier 損傷力學(xué)模型[Ⅲ-9.8]
d.Gurson 損傷力學(xué)模型[Ⅲ-9.9]
第1個模型是解理斷裂模型,其他3個都是延性損傷模型。
Beremin的兩個模型用于預(yù)期裂紋起裂,Rousselier和Gurson的兩個模型既可用于預(yù)期起裂,又可用于預(yù)期撕裂行為。
2.7焊縫不匹配的影響
R6的基本方法用于焊縫裂紋評定時采用裂尖區(qū)材料的斷裂韌度,材料的拉伸性能是采用缺陷所在部位最弱區(qū)的材料拉伸性能,這樣做是十分保守的。而R6第4版第3章第8節(jié)給出的焊縫不匹配影響的評定方法更為精確,從而可以減小用第1章的方法進行評定時的過保守性。
這一方法采用了SINTAP第2級(不匹配級)的方法,沒有實質(zhì)的不同,只是編寫的形式不同。
組合材料的當(dāng)量 關(guān)系與SINTAP一樣,即式(24)。M、M(εP)、 的定義及計算均與SINTAP的一致,不再需要說明。
不同的是R6在不匹配評定時的失效評定曲線仍然采用三種選擇,如1.2.1節(jié)所述,因為選擇2有三種曲線,共有5條失效評定曲線。所以R6第4版不匹配時的失效評定曲線的內(nèi)容就是分別給出不同失效評定曲線在焊縫材料不匹配時的表達式,N、μ和λ都應(yīng)是不匹配焊件裂紋體的值,NM、μM和λM.但它的計算辦法的來源仍取至SINTAP的成果。
截止線分別為:
OP.1時,Lrmax取
(31)
OP.2及OP.3時,Lrmax取 (32)
這里 曲線的屈服強度 和抗拉強度 的平均值。
評定時Lr的計算:
(33)
式中F為引起一次應(yīng)力的載荷,F(xiàn)yM為兩種材料組合元件按 為屈服應(yīng)力的剛性-完全塑性材料假設(shè)計算的結(jié)構(gòu)塑性屈服載荷。
FyM解是通過有限元分析獲得的。R6第4版第9章Ⅳ.2節(jié)專門給出了強度不匹配時的極限載荷解,包括缺陷位于焊縫不同位置的平板、圓筒或三點彎試樣的極限載荷FyM的解,長達23頁。
從已獲得的的解可看,不論是過匹配(M>1)還是欠匹配(M<1),F(xiàn)yM/FyB值(即不匹配焊接接頭的塑性極限載荷與純母材的塑性極限載荷之比)總是處于1至M之間。因而M<1的欠匹配時,可取(FyBM)下限值為FyM,在M>1的過匹配時取FyM等于FyB,總是保守的。在過匹配時,(焊縫厚/剩余韌帶)越大,或者(a/w)越小,焊縫不匹配對極限載荷(FyM/FyB)的影響越低。如果裂紋靠近熔合線,F(xiàn)yM值非常接近FyB的值。在欠匹配時(a/w)值不影響FyM,尤其在(焊縫厚/剩余韌帶)值較大的時候。
2.8 持續(xù)載荷(sustained local)
對延性材料,即使溫度低于蠕變范圍也可能發(fā)生與時間有關(guān)的塑性變形,因而受持續(xù)載荷結(jié)構(gòu)可能在應(yīng)力水平低于其在單調(diào)加載和位移加載時的塑性失效載荷下發(fā)生斷裂。然而通常僅發(fā)現(xiàn)在持續(xù)載荷接近單調(diào)加載的塑性極限載荷時才發(fā)生失效。但在較低載荷下可能發(fā)生有限裂紋擴展,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。
試件試驗顯示,奧氏體鋼和鐵素體鋼在持續(xù)載荷達到或超過全面屈服(即Lr=1 )時才可能發(fā)生與時間有關(guān)的斷裂,這些試驗是鐵素體鋼在室溫和70℃進行的。因而在評定時當(dāng)Lr<1時不必要考慮持續(xù)載荷。316鋼在室溫下試驗表明,Lr<0.65持續(xù)時間小于100h時持續(xù)載荷效應(yīng)可略而不計,在再持續(xù)1h以后相對因子0.65的值才很慢地減小。鐵素體鋼當(dāng)Lr<0.9時也可不考慮。
本規(guī)程給出了考慮持續(xù)載荷效應(yīng)的評定方法,其原理是考慮持續(xù)時間內(nèi)塑性應(yīng)變積累對Lr和Kr的影響,即對評定點位置的影響,仍然用失效評定圖進行斷裂評定和塑性失效評定。一般采用選擇1曲線,也可采用其他高級的失效評定曲線。根據(jù)實驗認為持續(xù)載荷效應(yīng)對Lrmax值沒有影響。
評定的過程是先選擇持續(xù)時間th內(nèi)允許的裂紋擴展量△a0,當(dāng)然△a0應(yīng)該小于斷裂實效的裂紋擴展量△af=af-a0(af為斷裂臨界尺寸),并有足夠的安全系數(shù)。定義a1=a0+△a0,材料的斷裂韌度也應(yīng)該是相應(yīng)于△a0的斷裂韌度Kmat(△a0)。按a1及 計算Lr。由Lr得到 值,再確定參考應(yīng)變 ,它是參考應(yīng)力 和持續(xù)時間的函數(shù),可由評定溫度下的恒應(yīng)力蠕變曲線或等時的單向應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)獲得。然后計算Kr=K1(a)/Kmat(Δa0)和評定點的縱坐標 。將(Lr,Ktr)點在失效評定圖中完成評定工作。 3、英國標準BSI PD6493的修改版--BS 7910金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗收評定方法導(dǎo)則
PD 6493:1991已與PD 6539:1994(高溫評定方法)[15]合并,根據(jù)它們近十年來研究成果,包括SINTAP的歐洲統(tǒng)一安全評定方法的研究成果,于2000年發(fā)表了修正版,稱為BS 7910:1999,規(guī)范名稱改為"金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗收評定方法導(dǎo)則"。
3.1 斷裂評定方法的變化
仍然是三級評定。
原來的初級評定內(nèi)容基本不變,但改稱簡化評定方法,采用失效評定圖法。而原PD 6493中的COD設(shè)計曲線法被列入BS7910的附錄N,COD設(shè)計曲線的地位進一步下降。
第2級正常評定法經(jīng)歷了一個曲折的修改過程。原PD 6493:1991版的第2級正常評定法為老R6(第2版)的COD窄條區(qū)模型失效評定曲線。1995年及1997年的修改草稿中改為三種選擇,第一種為1991版的窄條區(qū)模型失效評定曲線,用于 的低硬化材料,第二種為R6第3版的OP.1曲線,用于 的高硬化材料,第三種為R6第3版的OP.2曲線,反映出PD6493全盤R6化的過程。由于近年SINTAP的成功實現(xiàn)了歐洲安全評定方法的統(tǒng)一化,在2000年BS7910:1999頒布時,和R6第4版一樣均采用了SINTAP的統(tǒng)一成果,COD窄條區(qū)模型的失效評定曲線也取消了。BS7910的第2級正常評定的失效評定曲線改為兩種,即2A級和2B級。
2B級曲線與原PD 6493:1991版的第3級評定曲線相同,即R6第3版的OP.2曲線(式23)。
2A級曲線采用SINTAP的基本級評定曲線(參見1.1.2節(jié))。
如果應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線已知可用2B級,否則用2A級。對有屈服平臺的非連續(xù)屈服材料或者不能證實沒有屈服平臺,在使用2A級失效評定圖時Lrmax應(yīng)取為1.0,否則只有采用2B級的曲線。
BS 7910第3級(撕裂失穩(wěn)評定)仍然保留PD 6493:1991中的3A級和3B級不變,在已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時用3A,否則用3B。BS7910還增加了一個3C級,其實就是采用了R6第3版OP.3失效評定曲線。
3.2 疲勞評定的變化
BS7910的疲勞評定方法基本上與原PD6493:1991的相同,僅作了少量修改。PD6493的特色可能是它的疲勞評定了,尤其是質(zhì)量等級評定法。修訂后的主要變化是推薦了新的疲勞裂紋擴展律。采用了基于近年來大量鋼材在空氣及海水中疲勞裂紋擴展試驗數(shù)據(jù)取得的更為精確的兩段Paris關(guān)系式和應(yīng)力比R的修正法等。特別是考慮環(huán)境的影響,例如給出了在海水環(huán)境中有陰極保護和無陰極保護時的新推薦方法,在較高溫度下的疲勞裂紋擴展等。為了方便,同時也給出了新的、簡化的、保守的(包絡(luò)線)單段Paris關(guān)系,實驗的應(yīng)力比為R≥0.5,以給出保守的焊接接頭裂紋疲勞擴展分析結(jié)果,新的鐵素體鋼在空氣中的疲勞裂紋擴展律與PD6493時的相比,擴展速率要略高一些。
3.3 BS7910的附錄
BS7910B包含了21個附錄,很多來自R6和SINTAP,因而這里不作進一步的介紹。

回頁首4、美國石油學(xué)會標準API 579推薦用于合乎使用的實施辦法的概貌和最新進展
近年來,美國結(jié)構(gòu)完整性評定技術(shù)也有很大發(fā)展,在規(guī)范中最引人注目的就是已出版的API 579 (推薦用于合乎使用的實施方法)和正在準備的API 580:2000 "Recommended practice for risk-base inspection"。前面介紹的SINTAP、R6、BS790的工業(yè)背景主要是電站(包括核電)及海洋石油平臺,它們的發(fā)展主要反映了缺陷的斷裂評定技術(shù)(包括塑性失效評定)和疲勞評定技術(shù)的發(fā)展。API 579的工業(yè)背景是石油化工承壓設(shè)備,其特點是更多反映了石油化工在役設(shè)備安全評估的需要。
美國初期的承壓設(shè)備標準主要是關(guān)于新設(shè)備的設(shè)計、制造、檢驗的規(guī)則,并不提及在役設(shè)備的退化和使用中發(fā)現(xiàn)的新生缺陷和原始制造缺陷的處理問題。后來制定了一些在役檢驗規(guī)范,如API 510(壓力容器檢驗規(guī)范),API 570(壓力管道檢驗規(guī)范)和API 653(儲罐檢驗規(guī)范),這些規(guī)范給出了有關(guān)在役設(shè)備檢驗、修理、更換,重新確定額定工作能力或改造的規(guī)劃,但實踐中發(fā)現(xiàn)仍然存在著不少不能解決的問題。API 579就是為此組織制定的,以保障老設(shè)備繼續(xù)工作的安全;以提供良好的合乎使用的評定方法;以保證給出堅實可靠的壽命預(yù)測;以幫助在用設(shè)備的優(yōu)化維修及操作;以保證舊設(shè)備有效利用提高經(jīng)濟服務(wù)的期限。這一規(guī)程和即將發(fā)表的API 580的結(jié)合將能提供風(fēng)險評估、確定檢驗的優(yōu)先次序和維修計劃。
API 579與其它標準不同之處是不僅包括在役設(shè)備缺陷安全評估,還在很廣范圍內(nèi)給出在役設(shè)備及其材料的退化損傷的安全評估方法。前者的技術(shù)和BS7910、R6都相差不大,所以這里不再詳述,但有很多內(nèi)容是其他標準未討論到的,這些內(nèi)容對我們石油化工承壓設(shè)備的工作者來說十分重要和有益。下面先列出某些章節(jié)的內(nèi)容。
第4章:均勻腐蝕的評定
第5章:局部減薄及槽狀缺陷的評定
第6章:點蝕的評定
第7章:鼓泡及分層的評定
第10章:高溫蠕變操作元件的評定
第11章:火災(zāi)對設(shè)備造成損傷的評定
4.1 局部減薄及槽形凹坑的評定
包括評定技術(shù)及驗收準則和剩余壽命評定的兩類技術(shù)。
評定技術(shù)及驗收準則又分為3級。級別1的評定是僅考慮內(nèi)壓載荷的設(shè)備局 部減薄的評定,只要求凹坑表面長,寬,深來表征缺陷尺寸。級別2評定用于凹坑在壁厚方向的尺寸(即深度)變化很大時的評定,缺陷用深度變化形狀來表征,可以考慮更一般的載荷,例如筒殼上凈截面彎矩,還可以用于接管區(qū)凹坑的評估。級別3用于更復(fù)雜區(qū)域的凹坑評定,一般都要求作詳細的有限元分析。第5章長達39頁,我國學(xué)者在這一領(lǐng)域已經(jīng)做了不少工作,但API的工作值得作為我們今后繼續(xù)研究時的參考。
4.2 點蝕評定
點蝕可能是非常分散的,也可能是集中在一個局部地區(qū),如果單個凹坑就屬于第5章的任務(wù)了。點蝕坑幾何形狀可能十分復(fù)雜,精確測量有時是困難的,但如果采用第2級評定法時又是必要的。API 579提供了三級評定法,第1級只適用于韌性材料,如果由于溫度或環(huán)境可能使材料脆化就要用第2級評定方法了。第1級和第2級只適用于承受內(nèi)壓的球、筒、錐等形狀殼體上的點蝕評定。接管和管件等形狀復(fù)雜的殼體上點蝕就必須要采用第3級評定方法。
4.3 鼓泡及分層缺陷的評定
本方法適用于氫致鼓泡承壓元件的評定。濕H2S及HF在低溫下由于原子氫的侵入鋼內(nèi),在夾雜物處又結(jié)合成分子氫,因不可能再滲出而造成局部區(qū)的高壓引起材料鼓泡分層。有時候鼓泡的周邊裂紋會向壁厚方向擴展,特別是當(dāng)鼓泡處于接近焊縫處,因而這是石油化工設(shè)備經(jīng)常會遇到的一個問題。由超聲波測得板中的分層除非證明是氫積累造成的不應(yīng)視為鼓泡,如果其不平行于鋼板表面應(yīng)按面型缺陷進行斷裂評定。如果它是平行于鋼板表面也可以采用本方法進行評定。API 579鼓泡評定方法也分成3級,各自適用范圍基本上與第6章的點蝕評定相似。
4.4 火災(zāi)引起設(shè)備損傷的評定
遭受到火災(zāi)極高溫加熱的壓力容器、管道和儲罐可能外表看來結(jié)構(gòu)損傷了,但力學(xué)性能沒有明顯的退化,可能還能夠繼續(xù)使用。所以必要建立這種問題的合乎使用的評定方法。
API 579第10章將火災(zāi)現(xiàn)場三維空間劃分為6個區(qū),分別為Ⅰ區(qū)(室溫區(qū))、Ⅱ區(qū)(66℃以下煙及消防水染區(qū))、Ⅲ區(qū)(66-200℃的低熱暴露區(qū))、Ⅳ區(qū)(200-427℃的中熱暴露區(qū))、Ⅴ區(qū)(427-732℃的接觸火焰的高熱暴露區(qū))、Ⅵ區(qū)(732℃以上的極熱區(qū)、火源區(qū))。區(qū)域的劃分有利于判定災(zāi)區(qū)那些設(shè)備不需要評定,那些設(shè)備要進行評定和如何進行評定都有重要的指導(dǎo)意義。
鋼材表面在火災(zāi)中不同溫度下有不同顏色,不同燃料在空氣中燃燒時有不同顏色的煙霧,目擊者的記錄和當(dāng)場攝像是很重要的原始資料。各種化學(xué)品、燃料和很多材料都有它們不同的燃點、熔點,在不同溫度區(qū)材料的力學(xué)性能(硬度和強度)有它們的變化規(guī)律,金屬氧化皮的形貌也與溫度有關(guān),根據(jù)火災(zāi)時現(xiàn)場攝相和災(zāi)后現(xiàn)場的情況勘察,按API 579給出的方法和提供的大量有關(guān)上述信息與溫度關(guān)系的資料(圖及表)就可以作出各個設(shè)備所在位置應(yīng)屬于什么區(qū)。
API 579提供了三級評定方法。第1級實際上是免于評定的標準。API 579標準給出了各種材料制設(shè)備在那些溫度區(qū)是屬于第1級的,如果屬于第1級就可以免于評定了。例如碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼設(shè)備一般在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)時都可免于評定。但熱處理的調(diào)質(zhì)鋼只有在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)的才可免于評定。不免于評定的,即第1級評定不通過的,應(yīng)按第2級評定方法進行評定。這樣做可以大大縮小了應(yīng)該予以詳細評定設(shè)備的數(shù)量,例如煉油廠有一個常壓精餾塔,查其外保溫的鍍鋅鐵皮表面鍍鋅層完好,由于鋅的熔點是420℃,在溫度超過420℃時鋅必然會流下來或者被氣化,既然鍍鋅層完好所以該處不可能屬于第Ⅴ區(qū),因而可免于評定。
第2級評定較復(fù)雜一些,材料表面硬度,現(xiàn)場金相表面覆膜,磁粉或滲透探傷,外形尺寸變形的宏觀檢測都將采用。API 579給出了碳鋼材料在不同火災(zāi)溫度下暴露后晶粒尺寸變化規(guī)律、奧氏體不銹鋼的敏感性資料(即不同含碳量的奧氏體鋼形成碳化鉻在晶界中沉析的溫度時間條件曲線圖,由全相覆膜是否發(fā)現(xiàn)這一特別金相組織可起溫度指示器的作用)和第2 級的評定方法。一般評定過程是:根據(jù)現(xiàn)場實測硬度估算材料強度后按API 579規(guī)定的公式確定實際材料許用應(yīng)力,然后用常規(guī)的簡單公式進行強度校核。如果發(fā)現(xiàn)有裂紋狀缺陷、局部減薄等缺陷時還應(yīng)該按不同的缺陷評定方法進行評定。在評定中還應(yīng)考慮在火焰中表面殼體和內(nèi)件間的巨大溫差是否引起了裂紋;有時還需要考慮材料的蠕變損傷,但只要高溫時間不長可以免予考慮。第3級評定是用于第2級評定法無法執(zhí)行或者通不過的時候。前者,如結(jié)構(gòu)已嚴重變形或者在結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位殼體畸變,常規(guī)設(shè)計用的強度計算公式已不適用,就只好采用有限元計算和應(yīng)力分類的分析設(shè)計方法進行強度校核的第3級評定了。由于第2級評定時材料強度是硬度間接核算方法得到的,所以所用的許用應(yīng)力是很保守的,如果是由于這個原因而沒有通過第2級的評定的話,采用第3級的方法,由現(xiàn)場金相或直接取樣進行力學(xué)性能實測就有可能通過。

2、英國含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評定標準(R6)
R6-Rev.4:2001是在英國British Energy(英國核電公司)、BNFL(英國核燃料公司)及AEA(英國原子能管理局)組成的結(jié)構(gòu)完整性評定規(guī)程聯(lián)合體下的R6研究組編制的。R6第3版后已陸續(xù)地增補了10個新附錄,由于近年來斷裂力學(xué)評定技術(shù)的發(fā)展特別是SINTAP、BS7910和美國API 579的出現(xiàn),故而吸收世界各國研究進展和R6自己發(fā)展計劃決定對R6作了全面修改,于2001年頒布了第4次修訂版。
現(xiàn)將主要變化介紹如下:
2.1 失效評定曲線三種選擇的變化
(1) R6-op.1的原失效評定曲線被SINTAP的第0級的曲線取代,即由:
(30)
改為: (1)
以保證在低處與R6-op.2曲線一致,對有屈服平臺材料Lrmax取等于1。
(2) R6-op.2改為有三種曲線。
原R6-op.2曲線仍保留,被稱為材料特征的選擇2曲線(式23),用于已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時建立選擇2曲線。
在不知道材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時,采用SINTAP第1級(基本級)失效評定曲線的研究成果,給出的兩種可供選擇的近似曲線,分別用于無屈服平臺的連續(xù)屈服材料和有屈服平臺的非連續(xù)屈服材料,只要求知道材料的屈服強度、抗拉強度和楊式模量,不需要知道應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
一種是連續(xù)屈服(即無屈服平臺)材料用的近似選擇2曲線。
在Lr<1的范圍內(nèi), (9)
在Lr>1但 (7)
這里,f2cr (1)為按式(3)在Lr=1時的(Lr)值。
(10) N為材料應(yīng)力-塑性應(yīng)變關(guān)系用冪函數(shù)擬合表示時的指數(shù),可用式(8)近似估算。
(8)
另一種就是不連續(xù)屈服(有屈服平臺)材料的近似選擇2曲線。
在Lr<1處:
(3)
在Lr=1處的f2dy(Lr)為:
(4)
這里 (5)
屈服平臺長度可按下式估算
(6)
在1 (7)
在利用上述新失效評定曲線時必然會發(fā)現(xiàn)一個問題,如果既無應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù),又不知道其是否是非連續(xù)屈服(有屈服平臺)材料,該如果辦呢?規(guī)范給出了根據(jù)材料屈服強度、材料化學(xué)組成及熱處理方式判斷是否為不連續(xù)屈服材料的導(dǎo)則。
(3)R6-op.3曲線沒有更改
2.2 分析類別的變化
取消了原R6的允許有限量撕裂的第2類分析。第1類分析和第3類分析已改名,直截了當(dāng)?shù)胤Q為基于起裂的分析和基于延性撕裂的分析。
2.3 結(jié)果意義的評價方法的變化:增補了在有多個一次載荷作用時"評定結(jié)果意義"的評價方法,但取消了原來的一次加二次的聯(lián)合載荷時確定FL的圖解法。
2.4 R6附錄的發(fā)展與變化
1986年R6-Rev.3 時已有8個附錄,它們是:1. 斷裂韌性值的確定 2. 塑性屈服載荷分析 3. 應(yīng)力強度應(yīng)子的確定 4. Krs的計算 5. 計算機輔助的計算6. 疲勞和環(huán)境導(dǎo)致裂紋擴展的計算 7.Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型載荷下的計算 8.由C-Mn(低碳)鋼制作結(jié)構(gòu)完整性評定。
R6第3版頒布后又陸續(xù)地增補了10個新附錄,反映了安全評定技術(shù)的范圍日益擴大,它們是:9.LBB分析 10. 概率斷裂力學(xué) 11. 位移控制載荷分析 12. 焊接殘余應(yīng)力的確定 13. 載荷歷史的影響(包括水壓試驗、溫預(yù)應(yīng)力,載荷次序及持續(xù)載荷的影響) 14. 考慮拘束度的修正 15. 裂紋止裂 16. 強度不匹配 17. 局部法 18. 有限元法。加上過去1986年版的8個附錄,到1999年時已經(jīng)有了18個附錄了。到2000年正式出版第4版前,他們將這些內(nèi)容又全部進行補充修訂,考慮到新版不再設(shè)置附錄,而將這些附錄的內(nèi)容分散到文本中,分別以節(jié)的名義出現(xiàn)。
整個文本分為五章:
第一章:基本規(guī)程
第二章:基本規(guī)程的輸入
第三章:其他評定方法
第四章:一覽表(包括極限載荷解,強度不匹配的極限載荷解,應(yīng)力強度因子解及殘余應(yīng)力分布)
第五章:驗證及應(yīng)用案例
大部分新附錄均列入第三章(其他評定方法),共分14節(jié),用于替換第一章的基本規(guī)程,這些方法又分為三類:第一類是用于特定評定目的的新方法,包括LBB評定、裂紋止裂評定、概率斷裂評定和位移控制載荷時的評定。第二類是使第一章的基本方法不必要的保守程度降低從而更精確的一些評定方法,可以計算出更明確的安全裕度。包括拘束度影響的修正、強度不匹配影響的修正、局部法導(dǎo)則及加載歷史的影響。第三類為進一步支持第一章基本方法的一些方法,包括有限元導(dǎo)則、J積分估算法、持續(xù)載荷評定、Ⅰ型Ⅱ型加Ⅲ型載荷下的評定及C-Mn(低碳)鋼結(jié)構(gòu)的評定。下面簡單介紹幾個讀者可能感興趣的新方法。
2.5裂紋止裂評定
在1999年的R6時為附錄15,在2000年頒布時被列為第三章第12節(jié),這是2000年新增的評定方法,全文長15頁。
有時會遇到即使發(fā)生脆性裂紋起裂,但有可能自動止裂而不發(fā)生撕裂失穩(wěn)失效。例如熱沖擊事件的孔邊裂紋開裂后的擴展,一方面,裂紋擴展是向溫度較高區(qū)域擴展,材料斷裂韌度越來越大,另一方面,由于裂尖離孔邊越遠,應(yīng)力強度應(yīng)子越低,斷裂推動力不斷下降,因而當(dāng)斷裂推動力低于裂尖溫度下的斷裂韌度時就有可能止裂。裂紋止裂取決于裂紋體幾何尺寸、承受載荷、溫度和材料,止裂應(yīng)該考慮動態(tài)效應(yīng),并且動態(tài)斷裂韌度是溫度的函數(shù)。本評定方法就是給出該裂紋能否止裂的評定。R6在該節(jié)中提供了兩種方法,一種是基于材料靜態(tài)性能K1a的靜態(tài)分析法(Ⅲ-15.5.1),另一種是基于材料動態(tài)性能K1d、K1A的動態(tài)分析法(Ⅲ-12.5.2)。在靜態(tài)分析中引入了一個系數(shù)fs以說明動態(tài)的影響,但fs值的大小還值得進一步研究。
2.6局部法評定
為R6第4版第3章第9節(jié)的方法,長22頁,在第5章給出了一個驗證案例,長10頁。
局部法是基于裂紋尖端或尖缺口處的應(yīng)力應(yīng)變、局部損傷與其斷裂臨界狀態(tài)有關(guān)的事實,是材料失效微觀力學(xué)模型在工程上的應(yīng)用。這些方法是通過材料特征參量來標定的,這些參量是參考試驗數(shù)據(jù)、定量金相和有限元分析的聯(lián)合而推導(dǎo)出來的。一旦求得該材料的參量,由于認為它們和試件幾何尺寸無關(guān),與載荷無關(guān),從而可用于評定該材料制的任何結(jié)構(gòu)。
R6的Ⅲ-9節(jié)中給出了四種局部法模型,它們是
a.Beremin 解理斷裂模型[Ⅲ-9.6]
b.Beremin 延性斷裂模型[Ⅲ-9.7]
c.Rousselier 損傷力學(xué)模型[Ⅲ-9.8]
d.Gurson 損傷力學(xué)模型[Ⅲ-9.9]
第1個模型是解理斷裂模型,其他3個都是延性損傷模型。
Beremin的兩個模型用于預(yù)期裂紋起裂,Rousselier和Gurson的兩個模型既可用于預(yù)期起裂,又可用于預(yù)期撕裂行為。
2.7焊縫不匹配的影響
R6的基本方法用于焊縫裂紋評定時采用裂尖區(qū)材料的斷裂韌度,材料的拉伸性能是采用缺陷所在部位最弱區(qū)的材料拉伸性能,這樣做是十分保守的。而R6第4版第3章第8節(jié)給出的焊縫不匹配影響的評定方法更為精確,從而可以減小用第1章的方法進行評定時的過保守性。
這一方法采用了SINTAP第2級(不匹配級)的方法,沒有實質(zhì)的不同,只是編寫的形式不同。
組合材料的當(dāng)量 關(guān)系與SINTAP一樣,即式(24)。M、M(εP)、 的定義及計算均與SINTAP的一致,不再需要說明。
不同的是R6在不匹配評定時的失效評定曲線仍然采用三種選擇,如1.2.1節(jié)所述,因為選擇2有三種曲線,共有5條失效評定曲線。所以R6第4版不匹配時的失效評定曲線的內(nèi)容就是分別給出不同失效評定曲線在焊縫材料不匹配時的表達式,N、μ和λ都應(yīng)是不匹配焊件裂紋體的值,NM、μM和λM.但它的計算辦法的來源仍取至SINTAP的成果。
截止線分別為:
OP.1時,Lrmax取
(31)
OP.2及OP.3時,Lrmax取 (32)
這里 曲線的屈服強度 和抗拉強度 的平均值。
評定時Lr的計算:
(33)
式中F為引起一次應(yīng)力的載荷,F(xiàn)yM為兩種材料組合元件按 為屈服應(yīng)力的剛性-完全塑性材料假設(shè)計算的結(jié)構(gòu)塑性屈服載荷。
FyM解是通過有限元分析獲得的。R6第4版第9章Ⅳ.2節(jié)專門給出了強度不匹配時的極限載荷解,包括缺陷位于焊縫不同位置的平板、圓筒或三點彎試樣的極限載荷FyM的解,長達23頁。
從已獲得的的解可看,不論是過匹配(M>1)還是欠匹配(M<1),F(xiàn)yM/FyB值(即不匹配焊接接頭的塑性極限載荷與純母材的塑性極限載荷之比)總是處于1至M之間。因而M<1的欠匹配時,可取(FyBM)下限值為FyM,在M>1的過匹配時取FyM等于FyB,總是保守的。在過匹配時,(焊縫厚/剩余韌帶)越大,或者(a/w)越小,焊縫不匹配對極限載荷(FyM/FyB)的影響越低。如果裂紋靠近熔合線,F(xiàn)yM值非常接近FyB的值。在欠匹配時(a/w)值不影響FyM,尤其在(焊縫厚/剩余韌帶)值較大的時候。
2.8 持續(xù)載荷(sustained local)
對延性材料,即使溫度低于蠕變范圍也可能發(fā)生與時間有關(guān)的塑性變形,因而受持續(xù)載荷結(jié)構(gòu)可能在應(yīng)力水平低于其在單調(diào)加載和位移加載時的塑性失效載荷下發(fā)生斷裂。然而通常僅發(fā)現(xiàn)在持續(xù)載荷接近單調(diào)加載的塑性極限載荷時才發(fā)生失效。但在較低載荷下可能發(fā)生有限裂紋擴展,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。
試件試驗顯示,奧氏體鋼和鐵素體鋼在持續(xù)載荷達到或超過全面屈服(即Lr=1 )時才可能發(fā)生與時間有關(guān)的斷裂,這些試驗是鐵素體鋼在室溫和70℃進行的。因而在評定時當(dāng)Lr<1時不必要考慮持續(xù)載荷。316鋼在室溫下試驗表明,Lr<0.65持續(xù)時間小于100h時持續(xù)載荷效應(yīng)可略而不計,在再持續(xù)1h以后相對因子0.65的值才很慢地減小。鐵素體鋼當(dāng)Lr<0.9時也可不考慮。
本規(guī)程給出了考慮持續(xù)載荷效應(yīng)的評定方法,其原理是考慮持續(xù)時間內(nèi)塑性應(yīng)變積累對Lr和Kr的影響,即對評定點位置的影響,仍然用失效評定圖進行斷裂評定和塑性失效評定。一般采用選擇1曲線,也可采用其他高級的失效評定曲線。根據(jù)實驗認為持續(xù)載荷效應(yīng)對Lrmax值沒有影響。
評定的過程是先選擇持續(xù)時間th內(nèi)允許的裂紋擴展量△a0,當(dāng)然△a0應(yīng)該小于斷裂實效的裂紋擴展量△af=af-a0(af為斷裂臨界尺寸),并有足夠的安全系數(shù)。定義a1=a0+△a0,材料的斷裂韌度也應(yīng)該是相應(yīng)于△a0的斷裂韌度Kmat(△a0)。按a1及 計算Lr。由Lr得到 值,再確定參考應(yīng)變 ,它是參考應(yīng)力 和持續(xù)時間的函數(shù),可由評定溫度下的恒應(yīng)力蠕變曲線或等時的單向應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)獲得。然后計算Kr=K1(a)/Kmat(Δa0)和評定點的縱坐標 。將(Lr,Ktr)點在失效評定圖中完成評定工作。 3、英國標準BSI PD6493的修改版--BS 7910金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗收評定方法導(dǎo)則
PD 6493:1991已與PD 6539:1994(高溫評定方法)[15]合并,根據(jù)它們近十年來研究成果,包括SINTAP的歐洲統(tǒng)一安全評定方法的研究成果,于2000年發(fā)表了修正版,稱為BS 7910:1999,規(guī)范名稱改為"金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗收評定方法導(dǎo)則"。
3.1 斷裂評定方法的變化
仍然是三級評定。
原來的初級評定內(nèi)容基本不變,但改稱簡化評定方法,采用失效評定圖法。而原PD 6493中的COD設(shè)計曲線法被列入BS7910的附錄N,COD設(shè)計曲線的地位進一步下降。
第2級正常評定法經(jīng)歷了一個曲折的修改過程。原PD 6493:1991版的第2級正常評定法為老R6(第2版)的COD窄條區(qū)模型失效評定曲線。1995年及1997年的修改草稿中改為三種選擇,第一種為1991版的窄條區(qū)模型失效評定曲線,用于 的低硬化材料,第二種為R6第3版的OP.1曲線,用于 的高硬化材料,第三種為R6第3版的OP.2曲線,反映出PD6493全盤R6化的過程。由于近年SINTAP的成功實現(xiàn)了歐洲安全評定方法的統(tǒng)一化,在2000年BS7910:1999頒布時,和R6第4版一樣均采用了SINTAP的統(tǒng)一成果,COD窄條區(qū)模型的失效評定曲線也取消了。BS7910的第2級正常評定的失效評定曲線改為兩種,即2A級和2B級。
2B級曲線與原PD 6493:1991版的第3級評定曲線相同,即R6第3版的OP.2曲線(式23)。
2A級曲線采用SINTAP的基本級評定曲線(參見1.1.2節(jié))。
如果應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線已知可用2B級,否則用2A級。對有屈服平臺的非連續(xù)屈服材料或者不能證實沒有屈服平臺,在使用2A級失效評定圖時Lrmax應(yīng)取為1.0,否則只有采用2B級的曲線。
BS 7910第3級(撕裂失穩(wěn)評定)仍然保留PD 6493:1991中的3A級和3B級不變,在已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時用3A,否則用3B。BS7910還增加了一個3C級,其實就是采用了R6第3版OP.3失效評定曲線。
3.2 疲勞評定的變化
BS7910的疲勞評定方法基本上與原PD6493:1991的相同,僅作了少量修改。PD6493的特色可能是它的疲勞評定了,尤其是質(zhì)量等級評定法。修訂后的主要變化是推薦了新的疲勞裂紋擴展律。采用了基于近年來大量鋼材在空氣及海水中疲勞裂紋擴展試驗數(shù)據(jù)取得的更為精確的兩段Paris關(guān)系式和應(yīng)力比R的修正法等。特別是考慮環(huán)境的影響,例如給出了在海水環(huán)境中有陰極保護和無陰極保護時的新推薦方法,在較高溫度下的疲勞裂紋擴展等。為了方便,同時也給出了新的、簡化的、保守的(包絡(luò)線)單段Paris關(guān)系,實驗的應(yīng)力比為R≥0.5,以給出保守的焊接接頭裂紋疲勞擴展分析結(jié)果,新的鐵素體鋼在空氣中的疲勞裂紋擴展律與PD6493時的相比,擴展速率要略高一些。
3.3 BS7910的附錄
BS7910B包含了21個附錄,很多來自R6和SINTAP,因而這里不作進一步的介紹。

回頁首4、美國石油學(xué)會標準API 579推薦用于合乎使用的實施辦法的概貌和最新進展
近年來,美國結(jié)構(gòu)完整性評定技術(shù)也有很大發(fā)展,在規(guī)范中最引人注目的就是已出版的API 579 (推薦用于合乎使用的實施方法)和正在準備的API 580:2000 "Recommended practice for risk-base inspection"。前面介紹的SINTAP、R6、BS790的工業(yè)背景主要是電站(包括核電)及海洋石油平臺,它們的發(fā)展主要反映了缺陷的斷裂評定技術(shù)(包括塑性失效評定)和疲勞評定技術(shù)的發(fā)展。API 579的工業(yè)背景是石油化工承壓設(shè)備,其特點是更多反映了石油化工在役設(shè)備安全評估的需要。
美國初期的承壓設(shè)備標準主要是關(guān)于新設(shè)備的設(shè)計、制造、檢驗的規(guī)則,并不提及在役設(shè)備的退化和使用中發(fā)現(xiàn)的新生缺陷和原始制造缺陷的處理問題。后來制定了一些在役檢驗規(guī)范,如API 510(壓力容器檢驗規(guī)范),API 570(壓力管道檢驗規(guī)范)和API 653(儲罐檢驗規(guī)范),這些規(guī)范給出了有關(guān)在役設(shè)備檢驗、修理、更換,重新確定額定工作能力或改造的規(guī)劃,但實踐中發(fā)現(xiàn)仍然存在著不少不能解決的問題。API 579就是為此組織制定的,以保障老設(shè)備繼續(xù)工作的安全;以提供良好的合乎使用的評定方法;以保證給出堅實可靠的壽命預(yù)測;以幫助在用設(shè)備的優(yōu)化維修及操作;以保證舊設(shè)備有效利用提高經(jīng)濟服務(wù)的期限。這一規(guī)程和即將發(fā)表的API 580的結(jié)合將能提供風(fēng)險評估、確定檢驗的優(yōu)先次序和維修計劃。
API 579與其它標準不同之處是不僅包括在役設(shè)備缺陷安全評估,還在很廣范圍內(nèi)給出在役設(shè)備及其材料的退化損傷的安全評估方法。前者的技術(shù)和BS7910、R6都相差不大,所以這里不再詳述,但有很多內(nèi)容是其他標準未討論到的,這些內(nèi)容對我們石油化工承壓設(shè)備的工作者來說十分重要和有益。下面先列出某些章節(jié)的內(nèi)容。
第4章:均勻腐蝕的評定
第5章:局部減薄及槽狀缺陷的評定
第6章:點蝕的評定
第7章:鼓泡及分層的評定
第10章:高溫蠕變操作元件的評定
第11章:火災(zāi)對設(shè)備造成損傷的評定
4.1 局部減薄及槽形凹坑的評定
包括評定技術(shù)及驗收準則和剩余壽命評定的兩類技術(shù)。
評定技術(shù)及驗收準則又分為3級。級別1的評定是僅考慮內(nèi)壓載荷的設(shè)備局 部減薄的評定,只要求凹坑表面長,寬,深來表征缺陷尺寸。級別2評定用于凹坑在壁厚方向的尺寸(即深度)變化很大時的評定,缺陷用深度變化形狀來表征,可以考慮更一般的載荷,例如筒殼上凈截面彎矩,還可以用于接管區(qū)凹坑的評估。級別3用于更復(fù)雜區(qū)域的凹坑評定,一般都要求作詳細的有限元分析。第5章長達39頁,我國學(xué)者在這一領(lǐng)域已經(jīng)做了不少工作,但API的工作值得作為我們今后繼續(xù)研究時的參考。
4.2 點蝕評定
點蝕可能是非常分散的,也可能是集中在一個局部地區(qū),如果單個凹坑就屬于第5章的任務(wù)了。點蝕坑幾何形狀可能十分復(fù)雜,精確測量有時是困難的,但如果采用第2級評定法時又是必要的。API 579提供了三級評定法,第1級只適用于韌性材料,如果由于溫度或環(huán)境可能使材料脆化就要用第2級評定方法了。第1級和第2級只適用于承受內(nèi)壓的球、筒、錐等形狀殼體上的點蝕評定。接管和管件等形狀復(fù)雜的殼體上點蝕就必須要采用第3級評定方法。
4.3 鼓泡及分層缺陷的評定
本方法適用于氫致鼓泡承壓元件的評定。濕H2S及HF在低溫下由于原子氫的侵入鋼內(nèi),在夾雜物處又結(jié)合成分子氫,因不可能再滲出而造成局部區(qū)的高壓引起材料鼓泡分層。有時候鼓泡的周邊裂紋會向壁厚方向擴展,特別是當(dāng)鼓泡處于接近焊縫處,因而這是石油化工設(shè)備經(jīng)常會遇到的一個問題。由超聲波測得板中的分層除非證明是氫積累造成的不應(yīng)視為鼓泡,如果其不平行于鋼板表面應(yīng)按面型缺陷進行斷裂評定。如果它是平行于鋼板表面也可以采用本方法進行評定。API 579鼓泡評定方法也分成3級,各自適用范圍基本上與第6章的點蝕評定相似。
4.4 火災(zāi)引起設(shè)備損傷的評定
遭受到火災(zāi)極高溫加熱的壓力容器、管道和儲罐可能外表看來結(jié)構(gòu)損傷了,但力學(xué)性能沒有明顯的退化,可能還能夠繼續(xù)使用。所以必要建立這種問題的合乎使用的評定方法。
API 579第10章將火災(zāi)現(xiàn)場三維空間劃分為6個區(qū),分別為Ⅰ區(qū)(室溫區(qū))、Ⅱ區(qū)(66℃以下煙及消防水染區(qū))、Ⅲ區(qū)(66-200℃的低熱暴露區(qū))、Ⅳ區(qū)(200-427℃的中熱暴露區(qū))、Ⅴ區(qū)(427-732℃的接觸火焰的高熱暴露區(qū))、Ⅵ區(qū)(732℃以上的極熱區(qū)、火源區(qū))。區(qū)域的劃分有利于判定災(zāi)區(qū)那些設(shè)備不需要評定,那些設(shè)備要進行評定和如何進行評定都有重要的指導(dǎo)意義。
鋼材表面在火災(zāi)中不同溫度下有不同顏色,不同燃料在空氣中燃燒時有不同顏色的煙霧,目擊者的記錄和當(dāng)場攝像是很重要的原始資料。各種化學(xué)品、燃料和很多材料都有它們不同的燃點、熔點,在不同溫度區(qū)材料的力學(xué)性能(硬度和強度)有它們的變化規(guī)律,金屬氧化皮的形貌也與溫度有關(guān),根據(jù)火災(zāi)時現(xiàn)場攝相和災(zāi)后現(xiàn)場的情況勘察,按API 579給出的方法和提供的大量有關(guān)上述信息與溫度關(guān)系的資料(圖及表)就可以作出各個設(shè)備所在位置應(yīng)屬于什么區(qū)。
API 579提供了三級評定方法。第1級實際上是免于評定的標準。API 579標準給出了各種材料制設(shè)備在那些溫度區(qū)是屬于第1級的,如果屬于第1級就可以免于評定了。例如碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼設(shè)備一般在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)時都可免于評定。但熱處理的調(diào)質(zhì)鋼只有在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)的才可免于評定。不免于評定的,即第1級評定不通過的,應(yīng)按第2級評定方法進行評定。這樣做可以大大縮小了應(yīng)該予以詳細評定設(shè)備的數(shù)量,例如煉油廠有一個常壓精餾塔,查其外保溫的鍍鋅鐵皮表面鍍鋅層完好,由于鋅的熔點是420℃,在溫度超過420℃時鋅必然會流下來或者被氣化,既然鍍鋅層完好所以該處不可能屬于第Ⅴ區(qū),因而可免于評定。
第2級評定較復(fù)雜一些,材料表面硬度,現(xiàn)場金相表面覆膜,磁粉或滲透探傷,外形尺寸變形的宏觀檢測都將采用。API 579給出了碳鋼材料在不同火災(zāi)溫度下暴露后晶粒尺寸變化規(guī)律、奧氏體不銹鋼的敏感性資料(即不同含碳量的奧氏體鋼形成碳化鉻在晶界中沉析的溫度時間條件曲線圖,由全相覆膜是否發(fā)現(xiàn)這一特別金相組織可起溫度指示器的作用)和第2 級的評定方法。一般評定過程是:根據(jù)現(xiàn)場實測硬度估算材料強度后按API 579規(guī)定的公式確定實際材料許用應(yīng)力,然后用常規(guī)的簡單公式進行強度校核。如果發(fā)現(xiàn)有裂紋狀缺陷、局部減薄等缺陷時還應(yīng)該按不同的缺陷評定方法進行評定。在評定中還應(yīng)考慮在火焰中表面殼體和內(nèi)件間的巨大溫差是否引起了裂紋;有時還需要考慮材料的蠕變損傷,但只要高溫時間不長可以免予考慮。第3級評定是用于第2級評定法無法執(zhí)行或者通不過的時候。前者,如結(jié)構(gòu)已嚴重變形或者在結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位殼體畸變,常規(guī)設(shè)計用的強度計算公式已不適用,就只好采用有限元計算和應(yīng)力分類的分析設(shè)計方法進行強度校核的第3級評定了。由于第2級評定時材料強度是硬度間接核算方法得到的,所以所用的許用應(yīng)力是很保守的,如果是由于這個原因而沒有通過第2級的評定的話,采用第3級的方法,由現(xiàn)場金相或直接取樣進行力學(xué)性能實測就有可能通過。

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