专利名称：含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法
技术领域：
本发明涉及一种压力管道的安全监测方法，特别是压力管道安全评定方法。
技术背景压力管道是一种具有爆炸危险的特种承压设备，担负着高温、高压、易燃、易爆、剧 毒、强腐蚀或放射性物料的输送任务，在国民经济建设中占有重要地位。压力管道的完整 性直接关系到生产的安全， 一旦发生泄漏或爆炸，往往导致灾难性事故。在压力管道制造 和使用过程中普遍存在着大量缺陷，其中尤以未焊透缺陷为最多，给压力管道的安全使用 带来严重威胁。因此，如何评介含未焊透缺陷的压力管道的安全性是目前国内外学术和工 程界研究的热点。压力管道一般采用韧性较好的材料，其失效模式为塑性极限载荷控制的韧性破坏。但 压力管道的结构和载荷有其显著的特点压力管道的直径和壁厚较小，焊缝一般为环向对 接焊缝、单面焊，内表面极易存在未焊透缺陷，且缺陷一般也是环向的。压力管道的载荷 比较复杂，除了内压载荷外，还有管系膨胀、管系自重、强制安装等引起管道承受的整体 弯矩载荷， 一般来讲，管道由内压引起的薄膜应力往往不是主要载荷，导致管道失效的载 荷主要是弯矩载荷。由于压力管道具有上述特点，使其安全评定技术也不同于压力容器。 目前，我国还没有专门针对这类含未焊透缺陷的压力管道的安全评定方法。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，使用该 评定方法能够预防压力管道的突发性破坏事故的发生，从而保证压力管道的安全使用。为了解决上述技术问题，本发明提供一种含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，包 括获取待测管道中每个未焊透缺陷的位置、形状及尺寸；还包括首先，限定不同的未焊透缺陷相对环向长度^下所允许的未焊透缺陷相对深度c的最大极限值Cmax:当^《0.25时，Cmax:0.5;当时0.25<P《0.75， Cmax二0.37; 当0.75<0《1时，Cmax二0.3;然后，对每个未焊透缺陷进行如下步骤的检测1) 、判断是否适用本方法-当同时满足以下2个条件时，进入步骤2);否则结束检测；① 管道材料为奥氏体不锈钢；② 管道径比K满足1.1《K《1.4，所述X二iV凡；i c为未焊透缺陷所处的待测管道 外径，凡为未焊透缺陷所处的待测管道内径；2) 、获取未焊透缺陷的规则化参数获取未焊透缺陷的规则化环向长度丄和未焊透缺陷的规则化深度//;丄=1/，所述/为未焊透缺陷的实际最长处的环向长度；i/=/2，所述/ 为未焊透缺陷2的实际最深处的深度；3) 、初步判断-当满足以下条件(即同时满足以下2个条件)时，进入步骤4);否则进入步骤12);//<70%的7\且r-7/》1.2mm;所述r代表壁厚，;4) 、未焊透缺陷的无量纲化处理未焊透缺陷相对环向长度6 =丄/(;^,.);未焊透缺陷相对深度C=///r;5) 、获得无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压和在纯弯矩下的塑性极限弯矩地o; A,^^/ln尺'M丄。,(& ";所述O" =1( +^)， CT,为待测管道材料的屈服强度， 为待测管道材料的抗2拉强度；6) 、对待测管道是否免于评定作出判断当同时满足以下3个条件时，进入步骤ll);否则进入步骤7);① 整个待测管道的结构尺寸符合设计要求；② 户/尸￡。《0.5;所述尸为待测管道实际承受的压力；③ 未焊透相对深度c《Cmax;7)、获得待测管道在纯内压下的塑性极限载荷尸/和在纯弯矩下的塑性极限载荷Mr，户严AX尸io，式中p)0.957卜3.0346G,+5.5967Gi2 ，《=c"0126>06755 ; M产附,xMio，式中附,=0.9607 —1.5259G2 +0.7626G22 ， G2 = ca83326>0 1722 ;8)、根据待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压和弯矩M进行综合判断 当未焊透相对深度C《0.4时，进入步骤9);否则进行步骤10);所述待测管道内未 焊透缺陷处实际承受的内压=尸；9)、当满足<formula>formula see original document page 6</formula>y 时，进入步骤ll)，否则进行步骤12);~!飾10) 、当满足Pl Ml 时，进入步骤ll)，否则进行步骤12);11) 、保持压力管道的阀门为打开状态；12) 、关闭压力管道的阀门。作为本发明的含未焊透缺陷压力管道安全评定方法的改进通过无损检测方法获取待 测管道中每个未焊透缺陷的位置、形状及尺寸。对本发明的安全评定方法，作如下解释说明-步骤3)中的r-Z/代表未焊透缺陷的底部壁厚，因此7^/》1.2mm意味着未焊透缺 陷的底部最小壁厚必须》1.2111111。步骤6)中条件①中的整个待测管道的结构尺寸符合设计要求，指的是待测管道实际测量的结构尺寸要与设计图纸上的结构尺寸相一致。条件②中的待测管道实际承受的压力尸，其数据可通过安装在管道上的压力表获得；在整个待测管道中，户的大小是相等的， 因此待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压=尸。条件③中，首先根据步骤4)所得的未焊透缺陷相对环向长度^，从而选定相应的C^;然后再让未焊透相对深度C与此Cmav进行比较。步骤8)中的未焊透缺陷处实际承受的弯矩M可通过常规的有限元计算法或实测法获得。由于压力管道的特殊性，整根压力管道均采用同一种材料制成，且一般情况下压力管道均同时满足以下2个条件①管道材料为奥氏体不锈钢；②管道径比《满足1.1《 〖《1.4，所述K-i o/凡；i o为待测管道外径，凡为待测管道内径。因此，绝大多数的压力管道均适用本发明的方法进行安全评定。由于本发明的安全评定方法可通过计算机来进行相应的判断和分析，因此当步骤l) 的结果为不适用本方法，从而需要结束检测时，可由计算机给出"结束检测"的相应信息。本发明的含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，是一种以塑性极限载荷A和Mj为 控制信号的安全评定新技术，该技术具有安全可靠、直观性强、计算精度高、与实际吻合 程度好等特点。本发明通过计算机对压力管道进行实时控制(通过计算机对压力管道进行 不间断地检测，即时作出关闭或保持使用等操作指令，再通过指令来控制压力管道的相应 阀门)，从而保证管道的绝对安全。因此本发明对于保障工业压力管道的安全运行、预防 事故的发生、最大限度地发挥在用工业压力管道的经济效能具有重要的意义。
下面结合附图对本发明的
具体实施方式
作进一步详细说明。图1是未焊透缺陷规则化表征的示意图；图中的1代表未焊透缺陷，B代表未焊透缺 陷1的宽度，5—般为2mm左右；图2是图1在未焊透缺陷处的剖视示意图。
具体实施方式
一种含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，包括以下内容第一，限定不同的未焊透缺陷相对环向长度^下所允许的未焊透缺陷相对深度C的最大极限值Cmax:当P《0.25时，Cmax二0.5; 当时0.25<6《0.75， Cmax=0.37; 当0.75<0《1时，Cmax二0.3;将上述^所对应的Cmax存入计算机数据库，待用。第二，通过无损检测方法(例如射线或超声波检测)定性、定量获得整个待测压力管 道中未悍透缺陷的位置、形状及尺寸，将此类初始缺陷信息输入计算机。同时，将压力管 道的初始信息(如结构、材料和受力状况等)也输入计算机。第三，将压力管道的结构尺寸的设计参数输入计算机，将实际测量所得的压力管道的 结构尺寸也输入计算机。第四，当压力管道实际工作时，将实时测得的待测管道实际承受的压力/\以及每个 未焊透缺陷处实际承受的弯矩M输入计算机；依靠计算机对每个未焊透缺陷轮流的进行如 下步骤的检测(由于是利用计算机非常快速地对每个未焊透缺陷进行轮流检测，因此可以 实现对每个未焊透缺陷进行实时检测)1) 、判断是否适用本方法当同时满足以下2个条件时，进入步骤2);否则结束检测；① 管道材料为奥氏体不锈钢；② 管道径比〖满足1.1《Z《1.4，所述尤=7 0/凡；及o为未焊透缺陷所处的待测管道 外径，凡为未焊透缺陷所处的待测管道内径。2) 、将未焊透缺陷进行规则化处理，从而获取未焊透缺陷的规则化参数，即获取未焊 透缺陷的规则化环向长度丄和未焊透缺陷的规则化深度//:丄=1/， /为无损检测得到的未焊透缺陷的环向上的最大长度；A为无损检 2测得到的未焊透缺陷径向上的最大深度。3) 、初步判断当满足以下条件时，进入步骤4);否则进入步骤12);//<70%的7\且r-Z/》1.2mm; T代表壁厚，r二&一凡。4) 、将规则化后的未焊透缺陷进行无量纲化处理，得到未焊透缺陷相对环向长度0和 未焊透缺陷相对深度c，e = z:/Ori ,); cr。5) 、采用以下公式计算得到无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压Pio和在纯弯矩下 的塑性极限弯矩M^; 尺^"^cr,lnK， J^。,(凡 '3);所述cr,=丄( + )，CT,为待测管道材料的屈服强度， 为待测管道材料的抗 2拉强度；6) 、对待测管道是否免于评定作出判断当同时满足以下3个条件时，进入步骤ll);否则进入步骤7); ①整个待测管道的结构尺寸符合设计要求；即将计算机内的压力管道结构尺寸的设计参数与实际测量所得的数据进行对比，从而确定是否符合设计要求；②P/ii。S0.5;所述尸为待测管道实际承受的压力；③未焊透相对深度C《C^^该步骤中首先根据步骤4)所得的未悍透缺陷相对环向长度^，从而选定相应的Cm。x;然后再让未焊透相对深度C与此C"^进行比较。7)、采用以下公式计算得到待测管道在纯内压下的塑性极限载荷^和在纯弯矩下的塑 性极限载荷M;;<formula>formula see original document page 9</formula>式中A = 0.9571 —3.0346G,+5.5967(^2 ，《=c3卯12^6755 ; M^附^M^，式中m, =0.9607 —1.5259G2+0.7626G22 ， G2 = c083326>° 1722;8)、根据待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压(即=待测管道实际承受的压力尸)和弯矩M进行综合判断当未焊透相对深度C《0.4时，进入步骤9);否则进行步骤10);<formula>formula see original document page 9</formula>
9) 、当满足、"、" 时，进入步骤ll)，否则进行步骤12);"!飾10) 、当满足Pl Ml 时，进入步骤ll)，否则进行步骤12);11) 、计算机命令控制压力管道开关的阀门保持在打开状态；12) 、计算机命令控制压力管道开关的阀门关闭。实施例1、有一根含未焊透缺陷的压力管道。其设计参数为材料为0Crl8Ni9 (<Ts=205MPa、 =520MPa)、规格为①89X4 (i 0=44.5mm、 i 尸40.5mm、壁厚r=4mm)、经无损检测，只有一个未焊透缺陷，其尺寸为实际环向最大长度^128mm、实际最深处 深度&=1.5腿、宽度5=2,。实际工作时，管道承受的压力户-6.4MPa。不同的未焊透缺陷相对环向长度^下所允许的未焊透缺陷相对深度e的最大极限值Cmax同实施例1; 对该未焊透缺陷的评定过程如下1)、判断是否适用本方法①管道材料是否为奥氏体不锈钢是； ②管道径比〖=^/7 产44.5/40.5=1.1，满足U必1.4;结论同时满足以上2个条件，因此进入步骤2);2) 、获取未焊透缺陷的规则化参数未焊透缺陷的规则化环向长度Z: Z = ^/ = 64mm，2未焊透缺陷的规则化深度i/: //=/7=1.5画。3) 、初步判断H/T=l.5/4=0.375<0.7， 7VH=4-1.5^2.5mrn^1.2mm;结论满足以上条件，因此进入步骤4);4) 、未焊透缺陷的无量纲化处理相对环向长度^ = ￡ /(ttA) = 64/(3.14x40.5) = 0.5 相对深度c=///r=l.5/4=0.3755) 、获得无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压尸￡0和在纯弯矩下的塑性极限弯矩鲍o;尸丄0=~^07 ln尺=~^^( + o"Jlni = 了x —(205 + 520) ln~^ =39.4 MPa:17:7X —1>5 2M^4ct/"化4x垂(205 + 520)44.5 ;奶=31.4KN.m;6)、对待测管道是否免于评定作出判断① 因实测管道结构尺寸与设计尺寸一致，因而认定管道结构符合设计制造要求;② 尸/尸丄。=6.4/39.4 = 0.16^0.5;③ 根据相对环向长度^ = 0.5，査下表可得Cm。,0.37未焊透相对环向长度e汐《0.250.25H750.75<^《1容许的未焊透相对深度 ^max0.50.370.3因为c-0.375〉C^，不满足条件。 因此进入步骤7)。7)、获得待测管道在纯内压下的塑性极限载荷P;和在纯弯矩下的塑性极限载荷<formula>formula see original document page 11</formula>式中a =0.9571 —3.0346g!+5.5967(^2 =0.916 ， = c39012006755 = 0.014 ;M产w!xM^ =0.48x31.4 = 15.1KN'm式中Wl =0.9607 —1.5259G2 +0.7626G22 =0.48 ， G2 = c,"6>ul〃2 = 0.392 ;8)、根据待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压P和弯矩M进行综合判断 实际承受的内压P=6.4MPa，弯矩M根据实测(也可通过有限元计算)得到M = 9.5kn-m 因为未焊透相对深度cS0.4，所以进入步骤9)进行评定；9)、<formula>formula see original document page 11</formula>10)、关闭压力管道的阀门。此时，如果强行打开阀门，含未焊透缺陷处发生泄漏现象。=0.574>0.56，因而压力管道是不安全的；最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明 不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，包括获取待测管道中每个未焊透缺陷的位置、形状及尺寸；其特征是还包括首先，限定不同的未焊透缺陷相对环向长度θ下所允许的未焊透缺陷相对深度c的最大极限值Cmax当θ≤0.25时，Cmax＝0.5；当时0.25＜θ≤0.75，Cmax＝0.37；当0.75＜θ≤1时，Cmax＝0.3；然后，对每个未焊透缺陷进行如下步骤的检测1)、判断是否适用本方法当同时满足以下2个条件时，进入步骤2)；否则结束检测；①管道材料为奥氏体不锈钢；②管道径比K满足1.1≤K≤1.4，所述K＝R0/Ri；R0为未焊透缺陷所处的待测管道外径，Ri为未焊透缺陷所处的待测管道内径；2)、获取未焊透缺陷的规则化参数获取未焊透缺陷的规则化环向长度L和未焊透缺陷的规则化深度H；<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mi>l</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101620260002C1.tif" wi="13" he="8" top= "151" left = "30" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>所述l为未焊透缺陷的实际最长处的环向长度；H＝h，所述h为未焊透缺陷的实际最深处的深度；3)、初步判断当满足以下条件时，进入步骤4)；否则进入步骤12)；H＜70％的T、且T-H≥1.2mm；所述T代表壁厚，T＝R0-Ri；4)、未焊透缺陷的无量纲化处理未焊透缺陷相对环向长度θ＝L/(πRi)；未焊透缺陷相对深度c＝H/T；5)、获得无缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压PL0和在纯弯矩下的塑性极限弯矩ML0；<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mrow><mi>L</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>2</mn> <msqrt><mn>3</mn> </msqrt></mfrac><msub> <mi>σ</mi> <mi>f</mi></msub><mi>ln</mi><mi>K</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101620260002C2.tif" wi="35" he="10" top= "222" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>M</mi> <mrow><mi>L</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mn>4</mn><msub> <mi>σ</mi> <mi>f</mi></msub><mfrac> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mi>o</mi> <mn>3</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mi>i</mi> <mn>3</mn></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008101620260002C3.tif" wi="36" he="9" top= "222" left = "65" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>所述<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>σ</mi> <mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>σ</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>σ</mi><mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008101620260002C4.tif" wi="30" he="8" top= "237" left = "46" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>σs为待测管道材料的屈服强度，σb为待测管道材料的抗拉强度；6)、对待测管道是否免于评定作出判断当同时满足以下3个条件时，进入步骤11)；否则进入步骤7)；①整个待测管道的结构尺寸符合设计要求；②P/PL0≤0.5；所述P为待测管道实际承受的压力；③未焊透相对深度c≤Cmax；7)、获得待测管道在纯内压下的塑性极限载荷P1和在纯弯矩下的塑性极限载荷M1；P1＝p1×PL0，式中p1＝0.9571-3.0346G1+5.5967G12，G1＝c3.9012θ0.6755；M1＝m1×ML0，式中m1＝0.9607-1.5259G2+0.7626G22，G2＝c0.8332θ0.1722；8)、根据待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压和弯矩M进行综合判断当未焊透相对深度c≤0.4时，进入步骤9)；否则进行步骤10)；所述待测管道内未焊透缺陷处实际承受的内压＝P；9)、当满足<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mi>P</mi> <msub><mi>P</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>15</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mi>M</mi> <msub><mi>M</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>15</mn></msup><mo>≤</mo><mn>0.56</mn> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2008101620260003C1.tif" wi="42" he="13" top= "128" left = "52" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>时，进入步骤11)，否则进行步骤12)；10)、当满足<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mi>P</mi> <msub><mi>P</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mi>M</mi> <msub><mi>M</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mo>≤</mo><mn>0.57</mn> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2008101620260003C2.tif" wi="26" he="10" top= "149" left = "54" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>时，进入步骤11)，否则进行步骤12)；11)、保持压力管道的阀门为打开状态；12)、关闭压力管道的阀门。
2、根据权利要求1所述的含未焊透缺陷压力管道安全评定方法，其特征是通过无损检测方法获取待测管道中每个未焊透缺陷的位置、形状及尺寸。
全文摘要
本发明公开了一种含未焊透缺陷的压力管道安全评定方法，包括获取待测管道中每个未焊透缺陷的位置、形状及尺寸以及限定不同的θ所允许的Cmax；然后，对每个未焊透缺陷进行具体检测，最后依靠相应的计算公式来判断该压力管道是否安全；当结论为安全时，保持压力管道的控制阀门为打开状态；否则，关闭该阀门。使用该评定方法能够预防压力管道的突发性破坏事故的发生，从而保证压力管道的安全使用。
文档编号F17D5/02GK101403474SQ20081016202
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月13日 优先权日2008年11月13日
发明者万先平, 王晓芳, 蒋诚航, 金志江, 坡 陈 申请人:浙江大学