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環(huán)焊縫含未焊透缺陷的壓力管道安全評定

文檔作者：顧艷艷趙金星李冬莫云峰文檔來源： 1．遼寧省輕工設(shè)計(jì)院有限公司 2．沈陽市特種設(shè)備檢測研究院 3．中石油東北化工銷售公司 4．遼寧石油化工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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2010
第2期
管 適 技 術(shù)
Pipeline Technique
5 設(shè) 告
and Equipment
2010
No．2
環(huán)焊縫含未焊透缺陷的壓力管道安全評定
顧艷艷 ，趙金星 ，李冬 ，莫云峰
(1．遼寧省輕工設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽110031；2．沈陽市特種設(shè)備檢測研究院，遼寧沈陽110031；
3．中石油東北化工銷售公司，遼寧沈陽110013；4．遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113001)
摘要：運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19624-2004(在用含缺陷壓力容器安全評定》對在用含缺陷壓力管道進(jìn)
行安全評定，在國內(nèi)業(yè)界還很少開展。通過對2組環(huán)焊縫含未焊透缺陷壓力管道的安全評定，提供了
對在用含缺陷且載荷復(fù)雜的壓力管道進(jìn)行安全評定的方法和步驟，介紹了運(yùn)用GB／T19624_2004對帶
環(huán)向未焊透缺陷壓力管道進(jìn)行安全評定的方法，為廣泛開展在用含缺陷壓力管道安全評定提供參考，
以保證壓力管道運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：含缺陷；壓力管道；安全；評定
中圖分類號：TG441．7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—9614(2010)02—0057—03
Safety Assessment for Pressure Pipes Containing Lack of
Penetration on Circumferential W eld Joints
GU Yan—yan ，ZHAO Jin-xing ，LI Dong ，MO Yun—feng4
(1．Liaoning Light Industry Design Institute Co．，Ltd．，Shenyang 110031，China；
2．Shenyang Graduate School of Special Equipment Detection，Shenyang 110031，China；
3．PetroChina Northeast Chemicals M arketing Company，Shenyang 110013，China；
4．Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China)
Abstract：Application of GB／T19624-2004 safety assessment for in—service pressure vessels containing defects to pressure
pipes containing defects has been rarely seen．By analyzing defects(1ack of penetration)on two circumferential weld joints，a new
safety assessment method for defective in—service pressure pipes which are under complicated loads was presented．This method
can be applied to the safety assessment of pressure pipes containing lack of penetration on circumferential weld joints through the
application of GB／T19624-2004．Generally speaking，this method may serce as a reference for the development of defective in—
service pressure pipe safety assessment，and further enhance the safety and economy of pressure pipe operation．
Key words：containing defect；pressure pipe；safety；assessment
0 引言
含缺陷壓力管道是否可以繼續(xù)使用，關(guān)系到管道
運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，需要用斷裂力學(xué)的方法對其
進(jìn)行科學(xué)的安全評定L1 I2 J。國際上對含缺陷壓力管道
安全評定的方法較多，主要有極限載荷控制的塑性失
效準(zhǔn)則法、J積分的安全評定方法、英國R6雙判據(jù)評
定方法、美國ASME規(guī)范評定方法等 j。國內(nèi)于2004
年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19624-2004(在用含缺陷壓
力容器安全評定》 j，該標(biāo)準(zhǔn)亦適用于壓力管道的安
全評定。
針對某化工廠在用壓力管道檢驗(yàn)的實(shí)際環(huán)焊縫
缺陷情況，選擇2組較典型的含環(huán)焊縫未焊透缺陷的
壓力管道進(jìn)行安全評定分析，供壓力管道制造、檢驗(yàn)
收稿日期：2009—12—04 收修改稿Et期：2009一l2—22
和使用等部門參考，以保證壓力管道運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和
安全性。
1 含缺陷壓力管道情況
某化工廠廠區(qū)內(nèi)的蒸汽管道于1995年建造，2008
年經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有多組管道焊縫存在嚴(yán)重超標(biāo)缺陷，且
多為未焊透缺陷。用常規(guī)理論和標(biāo)準(zhǔn)衡量 J，這些管
道都是不安全的，能否繼續(xù)使用，需要用斷裂理論和
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全評定，以確定這些管道的安全狀
況。實(shí)際的未焊透缺陷，可以規(guī)則化為平面缺陷和體
積缺陷兩種情況，以2組典型含缺陷管道qb325×8
mm和 26 x 10 mm為例，對未焊透平面缺陷和體積
缺陷進(jìn)行安全評定分析。
1．1 管道原始數(shù)據(jù)
管道內(nèi)介質(zhì)為水蒸汽；管道工作內(nèi)壓力P=1．0
MPa；最高工作溫度180℃ ，設(shè)計(jì)溫度200℃ ；管道材
58 Pipeline Technique and Equipment Mar．2O10
料為2O號鋼；管道腐蝕裕量C =1 mm．
管道材料在設(shè)計(jì)溫度下相關(guān)參數(shù)：屈服強(qiáng)度ov =
196 MPa；抗拉強(qiáng)度 =390 MPa；彈性模量E=1．86
X 10 MPa；泊松比 =0．3。 ，
1．2 管道缺陷情況
管道~b325×8 mm實(shí)測管道最小厚度6 =7 mm；
管道有一條環(huán)焊縫(整個(gè)周長未焊透)，最大深度C=
3．2 mm，缺陷沿軸向長度很小(小于l mm)，可規(guī)則化
為平面缺陷。
管道 26×10 mm實(shí)測管道最小厚度6 =8
mm；管道有一條環(huán)焊縫(2／3周長未焊透)，最大深度
C=5 mm，缺陷沿軸向最大長度為6 film，可規(guī)則化為
體積缺陷。
2 含缺陷壓力管道安全評定
2．1 管道日)325×8 mill平面缺陷評定計(jì)算
2．1．1 管道材料斷裂韌度的確定
根據(jù)文獻(xiàn)[4]附錄G．4．1的規(guī)定，未焊透缺陷的
斷裂韌度 可取2．2 A 而夏比V型缺口沖擊功 k
可取27 J，則：
J =2．2×27=59．4 N／ram
評定計(jì)算用斷裂韌度 按文獻(xiàn)[4]公式(G．1)
計(jì)算，得：
Kc=[E l， ／(1一／z )] =[1．86×10 X 59．4／
f 1—0．3 )1 =3 484．4 N／ram
2．1．2 應(yīng)力計(jì)算
有缺陷焊縫處載荷情況：除受內(nèi)壓p外，還有管外
設(shè)備傳來軸向力F=5 X 10 N和軸向彎矩M=6×10
N·mm．根據(jù)文獻(xiàn)[4]附錄G，評定所需的軸向膜應(yīng)力
按式(1)計(jì)算，彎曲應(yīng)力 按式(2)計(jì)算。
由軸向拉力和內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向膜應(yīng)力為
： (F+訂 2p)／(2 ) (1)
由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為
B：M／(,rrR 6 ) (2)
式中：足為管道內(nèi)半徑，Ri=154．5 mm；R為管道中間
面半徑，R=158．5 mm；6 為管道有效厚度，6。=6 一
C2=6 mm．
將各值代人式(1)和式(2)得：
= (5×10 +竹X 154．5 X 1．0)／(2 X 1T×
158．5 X 6 =96．3 MPa
B=6 x 10 ／(仃×158．5。x6)=126．76 MPa
2．1．3 起裂時(shí)栽荷比L 和許可流變應(yīng)力比Q的確定
因未焊透為整個(gè)圓周，缺陷半包角為0=叮T，則
1T=1．0；缺陷深度C=3．2 mm，管道有效厚度為6。=6
mm，則：
C，8 e：0．533
無量綱系數(shù)y=( 6 )／Ko=0．137 8。
根據(jù)c／ 和y由文獻(xiàn)[4]表G．1查得起裂時(shí)載
荷比L -' m 1．25；根據(jù)O／,rr和C／6 由文獻(xiàn)[4]表G．2查
得許可流變應(yīng)力比9=0．784。
2．1．4 安全性評價(jià)
根據(jù)文獻(xiàn)[4]，含缺陷管道當(dāng)量許用應(yīng)力[ ]按
式(3)計(jì)算，當(dāng)?shù)禺?dāng)量總應(yīng)力 按式(4)計(jì)算：
[ ]=( + b)(?／(2nU) (3)
式中：U為計(jì)算因子，U=( 。+ )／(2L )=1．196；
為安全系數(shù)，按文獻(xiàn)[4]表5．1規(guī)定，取／／,=1．5。
= + B (4)
文獻(xiàn)[4]附錄G規(guī)定平面缺陷安全性評價(jià)條件為
≤[ ] (5)
滿足公式(5)的條件，則缺陷是安全的，可以接
受；否則，為不安全。
各值代人式(3)和(4)得：
[ ]=(196+390)×0．784／(2 X 1．5×1．196)=
128．04 MPa
O-=96．3+126．76=223．06 MPa
評定結(jié)論：因 >[or]，該管道缺陷不安全，該缺
陷不可接受。
2．2 管道q~426×10 mill體積缺陷評定計(jì)算
2．2．1 缺陷的規(guī)則化與無量綱化
該管道缺陷的實(shí)際情況為：環(huán)焊縫2／3周長未焊
透，最大深度C=5 mm，缺陷沿軸向最大長度(2A)為
6 mm．按文獻(xiàn)[4]圖H．2將該缺陷規(guī)則化為軸向半長
A、環(huán)向半長B、深度c的內(nèi)表面缺陷。根據(jù)文獻(xiàn)[4]
附錄H6．2對該缺陷尺寸進(jìn)行無量綱化處理得：
缺陷相對軸向長度：
A =A／(R。6 ) (6)
缺陷相對環(huán)向長度：
B = ( i) (7)
缺陷相對深度：
C =C／6 (8)
式中： 。為管道外半徑，R。=213 mm；Ri為內(nèi)半徑，足
= 203 mlTl； 為管道有效厚度，6 =6 一C2=7 mm；A
為規(guī)則化缺陷軸向半長，A=3 mm；B為規(guī)則化缺陷環(huán)
向半長，B：(2／3),rrRi：424．95 mm；C，規(guī)則化缺陷深
度，C=5 mm．
將各值代人式(6)～式(8)得：
A =3／(2~3 x7) =0．077 7
B =424．95／(1T×203)=0．666 7
C =5／7：0．714
2．2．2 含缺陷管道極限載荷計(jì)算
該管道缺陷處除承受內(nèi)壓P外，還有管外設(shè)備傳
遞的軸向彎矩M：6×10 N·mn1．根據(jù)文獻(xiàn)[4]附錄
H，該管道無缺陷時(shí)僅在內(nèi)壓作用下的塑性極限內(nèi)壓
第2期 顧艷艷等：環(huán)焊縫合未焊透缺陷的壓力管道安全評定 59
P 按式(9)計(jì)算，僅在彎矩作用下的塑性極限彎矩
按式(1O)計(jì)算；含缺陷時(shí)管道僅在內(nèi)壓作用下的塑性
極限內(nèi)壓P。按式(11)計(jì)算，僅在彎矩作用下的塑性極
限彎矩 按式(12)計(jì)算。
PL=(2／3)+o- In(R。／Ri) (9)
ML=4~btr (冗。 一R )／3 (1O)
P = L (11)
M。= L (12)
式中： 為管道焊縫系數(shù)， =0．85；盧和 為無量綱系
數(shù)；／3=0．95—0．85A。；A 為中間系數(shù)。
A =C ·(AxB C ) =0．07 (13)
y=(1一c )sin{[ (1一 c )]／E2(1一c )]}+
c sin(訂 )／2 (14)
其他符號含義和量值同前，將各值代人式(9)～
式(14)得：
PL=(2／3)X0．85 X 196 XIn(213／203)=5．34 MPa
= 4 X 0．85 X 196 X(213 一203 )／3=2．88 X
10 N ．n1m
=0．95—0．85 X0．07=0．89
= (1—0．714)X sin{[1T X(1—0．666 7 X
0．714)]／[2 X(1—0．714)]}+0．714 X sin(竹X
0．666 7)／2=0．384
P =0．89×5．34=4．753 MPa
= 0．384 X 2．88 X 10。=1
． 1 X 10。N ·mm
2．2．3 安全性評價(jià)
文獻(xiàn)[4]附錄H規(guī)定體積缺陷安全性評價(jià)條件
為
W=(p／p。) +(M／M ) ≤[ ] (15)
式中： 為載荷比，無量綱；[ ]為允許載荷比，[ ]
= 0．44；p為管道工作內(nèi)壓力，P=1．0 MPa；p 為該含
缺陷管道僅在內(nèi)壓作用下的塑性極限內(nèi)壓，P。=4．753
MPa； 為缺陷處彎矩載荷，M=6 X 10 N·mm； 為
該含缺陷管道僅在彎矩作用下的塑性極限彎矩，M =
1．1×10 N ．mm．
此式成立，則該缺陷是安全的；否則，認(rèn)為不能保
證安全。
將各值代入式(15)得：
W =(1．0／4．753) +(6 X 10 ／1．1 X 10 ) =0．342
因W<[ ]，該管道缺陷是安全的，可以接受。
3 結(jié)束語
通過2組典型含缺陷壓力管道安全評定，對在用
含未焊透缺陷且載荷復(fù)雜的壓力管道進(jìn)行安全分析，
提供了分析評定的方法，給出了缺陷規(guī)則化處理、各
種載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算、不同缺陷類型的安全性評價(jià)
條件等詳細(xì)的定量計(jì)算公式和評定步驟，從而掌握如
何應(yīng)用GB／T19624-2004~在用含缺陷壓力容器安全
評定》標(biāo)準(zhǔn)，對在用含缺陷的壓力管道進(jìn)行安全評定
的方法，以提高在用壓力管道運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)
性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 盧黎明，郭潮群，吳鵬偉，等．基于失效評定圖的含缺陷壓
力管道安全評定方法評述．壓力容器，2008，25(4)：33—
37．
[2] 趙金洲，喻西崇，李長俊．缺陷管道適用性評價(jià)技術(shù)．北
京：中國石化出版社，2005：87—94．
[3] 王文和，於孝春，沈士明．含缺陷壓力管道安全評定方法
研究的現(xiàn)狀與發(fā)展．管道技術(shù)與設(shè)備，2007(2)：1—3．
[4] GB／T 19624-2004 在用含缺陷壓力容器安全評定．
[5] GB 50316-2000 工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范．
作者簡介：顧艷艷(1968一)，高級工程師，主要從事壓力容器和
壓力管道的設(shè)計(jì)研究。
(上接第44頁)
2．1 X 10 m ／d Fr>L2且FrL2且FrL2且Fr

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