氨制冷压力管道危险因素分析与检验PPT课件.ppt

1 氨制冷压力管道危险因素分析与检验 2 一 引言 1 近年来氨制冷压力管道事故多发 一些事故引起群死群伤 已经引起各方面的重视 2013年以来 各地都开展了涉氨压力管道整治工作 但因管道停机检验给使用单位带来的不变 严重地影响了检验工作的开展 2 按照61号文的规定 大部分冷库压力管道检验后将被判为不合格 大批冷库的停用会带来不少的经济损失 也可能出现一些不稳定因素 3 通过在线或停机检验 对压力管道安全状况做以综合判断 分门别类制定有针对性的整改要求 提升一批 整改一批 关停一批 才能达到最佳效果 4 仁寿县4 21事故 3 5 上海翁牌事故 8月31日8时左右 翁牌公司员工陆续进入加工车间作业 至10时40分 约24人在单冻机生产线区域作业 38人在水产加工整理车间作业 约10时45分 氨压缩机房操作工潘泽旭在氨调节站进行热氨融霜作业 10时48分20秒起 单冻机生产线区域内的监控录像显示现场陆续发生约7次轻微震动 单次震动持续时间约1至6秒不等 10时50分15秒 正在进行融霜作业的单冻机回气集管北端管帽脱落 导致氨泄漏 事故造成15人死亡 7人重伤 18人轻伤 事故直接原因是 严重违规采用热氨融霜方式 导致发生液锤现象 压力瞬间升高 致使存有严重焊接缺陷的单冻机回气集管管帽脱落 造成氨泄漏 4 事故间接原因涉及翁牌公司 1 违规设计 违规施工和违规生产 在主体建筑的南 西 北侧 建设违法构筑物 并将设备设施移至西侧构筑物内组织生产 2 主体建筑竣工验收后 擅自改变功能布局 将原单冻机生产线区域 预留的水产精深加工区域及部分水产加工整理车间改为冷库等 3 水融霜设备缺失 无法按规程进行水融霜作业 无单冻机热氨融霜的操作规程 违规进行热氨融霜 4 氨调节站布局不合理 操作人员在热氨融霜控制阀门时 无法同时对融霜的关键计量设备进行监测 5 氨制冷设备及其管道附近 设置加工车间组织生产 5 6 乳山合和食品11 28事故 2013年11月28日17时13分 山东省乳山合和食品有限公司发生氨泄漏事故 造成13人中毒 其中7人经抢救无效死亡 1人危重 3人伤势较重 2人轻伤 事故发生的直接原因在回气管道布置和安装存在缺陷的情况下 制冷操作工严重违犯热氨融霜安全操作规程 导致发生液锤现象 致使存在焊接缺陷的单冻机回气集管与封头连接处的焊缝开裂 导致封头脱落 造成氨泄漏 6 7 8 二 氨压缩制冷原理 1 基本要件最简单的制冷系统由四大要件组成 压缩机 冷凝器 节流阀 蒸发器 9 2 简化的氨制冷系统 10 3 冷库制冷系统常见设备 氨制冷压缩机作用 对制冷剂作功 使其能在系统中完成循环 11 中间冷却器 作用 降低低压级的排气温度 分离低压级排气中所夹带的润滑油 冷却蛇形盘管内的制冷剂使其过冷 12 冷凝器 作用 排出热量使制冷剂由气态凝结为液态 13 油分离器 作用 将压缩机排气中的润滑油分离出来 14 高压储液器 作用 贮存从冷凝器来的液体制冷剂 保证冷凝器的传热面积得以充分发挥 供应和调节制冷系统内各部分设备的液体循环量 一适应工况变动的需要 起液封作用 防止高压侧气体窜到低压系统而造成事故 15 空气分离器 作用 排除制冷系统中的空气及其它不凝性气体 16 低压循环桶 低压循环桶 将节流后的闪发气体和回气携带的液滴分离 让液体进入冷却设备 提高传热效率 17 紧急泄氨器 作用 紧急情况下使系统中的氨与水混合后排出 18 4 氨的有关参数 19 20 21 22 23 三 气液两相流动简介 1 在气液两相流的管路中 由于各相流体的流速不同 管路边界条件的变化等原因 气相与液相之间 可以有各种连续 不连续的流动 如层状流 环状流 弹形流 搅拌流或塞状流 当管路中形成液塞或气塞 会对流体的正常流动形成阻塞 这些阻塞有时是在瞬间产生的 类似于阀门的迅速关闭 会引起液击现象 24 2 水平直管内两相流的六种流型 25 26 3 垂直管的流型 27 4 液击的产生及危害 我们知道 当液体在管道中流动阀门突然关闭或泵因故突然停止工作 使流体流速急剧变化时 管内压强会发生大幅度交替升降 这种变化以一定的速度向上游或下游传播 并且在边界上发生反射 其强大的作用力可破坏阀门 管道等 这种现象叫作液击 液击能激发管系的振动 28 产生液击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性 其实质是由于管道内流体流速的改变 导致流体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果 输送湿蒸汽或者气体的管道中 有时会积存少量液体 当阀门突然打开 气 汽 就会推动液塞冲入管路 造成对管路 阀门等的破坏 也是属于液击 在气液两相流的管路中 当管路中形成液塞或气塞 会对流体的正常流动形成阻塞 这些阻塞有时是在瞬间产生的 类似于阀门的迅速关闭 会引起液击现象 29 由于气液两相流动中各种参数变化复杂 可能短时间内形成上述多次 个 液击 产生一系列多源性液击波在管路中传播 多源性液击波叠加的结果可能产生两种情况 一是互相消弱 一是互相加强 甚至发生共振 在诸波出现共振的情况下 就可能使管路中的压力升高到原来的几十倍甚至几百倍 形成破坏力远远大于单波源液击的复合波液击 有报道 某单位锅炉房蒸汽总管发生液击 水锤 事故 其液击压力升值是正常运行压力的288 32倍 管道中气一水锤探讨 30 液体在长的低温垂直输送管路中 由于液体汽化产生汽泡 汽泡不断增多并聚集堵塞管路 最终将液柱挤出管路产生喷发的现象称之为间歇泉现象 这种现象导致低温液体产生类似液击的压力波动 会对供应管道 阀门和管路造成结构性损害 31 有资料介绍 弯管中的气液两相流水击现象 气液两相流中液击波在弯管中的传播与在直管中明显不同 液击压力在弯管外侧大 高于进口 内侧小 但出弯管后这种内外差别很快消失 弯管内外侧压差的大小与表观液速及含气率有关 经过弯管液击压力衰减比在直管中快 其衰减程度与含气率有关 32 5 氨压缩制冷系统中 各管路可能产生液击的情况分析 1 高温气氨管路 正常工作时 管内为气体 密度低 不会出现液击 但在压缩机启动时 如果管路安装坡度有问题 管中积存液态氨 则可能出现液击 因此 管路安装坡度 走向及积液的排出对防止液击非常重要 33 2 冷凝器至循环桶间的液氨管路 当管路较长时 快速关闭阀门可能出现液击 如果气氨经冷凝器冷却不充分 管路中出现气液两相流 一定情况下可能产生液击 较短的管道 合理的管路布置 减少管路含气率 对防止液相或气液两相液击很重要 34 3 循环桶至液体调节站到速冻间 冷藏库和单冻机的液氨管路 由于这些管路一般较长 快速关闭阀门可能出现液击 该管路在通液降温初期 可能有一部分氨液吸热气化 特殊情况下在管路形成气塞 导致液击 35 速冻间 冷藏库和单冻机至气体调节站到循环桶的气氨管 如果管路安装坡度 走向有问题 系统 设备 运行初期 管中积存液态氨 在气氨的冲击下可能出现液击 运行中 如出现用冷量波动 导致管中氨气的干度 气液比例 出现波动 则可能出现液击 管路安装 供冷时阀门开关速度 冷量的控制 对防止液击有重要意义 36 热氨融霜管路 如果管路安装坡度有问题或氨气回抽时间不够 管路中积存液态氨 通入热氨气进行融霜 则易出现液击 在热氨融霜过程中 尤其要注意防止初期热氨气通入量过大 形成气推动液的液塞冲击 液击 融霜前期 中期的气液两相流可能形成的单 复合波源液击 因此 氨液回抽 充霜阀门的调节应引起高度重视 管路 包括设备上 的设计 施工 对防止液击液有重要作用 37 6 汇管 集管 集箱 的设计对于各支管流量分配的影响 有试验证实 平行流蒸发器内气液两相流分配均匀性实验研究 介质进口位置不同 对集箱各支管的流量分配有较大影响 1 介质自集箱一侧进入 38 39 2 介质至集管中部进入 40 从实验结果来看 流量增大 不均匀性趋向减小 干度 含气率 增大 不均匀性趋向减小 调节站 冷冻间 速冻间的集管 汇管应由制冷系统 冷库 的工艺设计人员设计 安装单位应按图纸施工 不能凭经验施工 事后补设计 这种做法隐患很大 乳山11 28事故原介质是从中间进出集管 后改从一侧进入 41 四 管道应力与缺陷对安全的影响 1 管道应力简要回顾压力管道所承受的静载荷 常见的有介质的内压 管道元件的自重 管道内的介质重量 管道外的隔热材料重量 管道的热胀和位移载荷等 这些载荷作用于管道上的特点和方式是不同的 因此它们对管道强度的影响特点也不同 由此也导致了管道力学研究的复杂性 管子及其元件因受载荷过大而导致的断裂 爆破等损坏称之为强度破坏 换句话说管子及其元件的强度是指它在载荷的作用下抵抗断裂 爆破的能力 同理 管子及其元件因受载荷过大而导致的过度变形使其不能正常工作 通常称之为刚度破坏 换句话说 管子及其元件的刚度是指它在载荷的作用下抵抗变形的能力 42 管道元件变形的基本形式有拉伸 压缩 剪切 扭转和弯曲共四种 受多种载荷作用的管子变形都可视为这四种基本变形形式的组合 试验证明 材料的许用剪切应力与许用拉伸应力存在下列近似关系 对塑性材料 0 6 0 8 对脆性材料 0 6 1 0 扭转许用剪应力 与拉伸许用应力 存在如下近似关系 43 a 径向应力 r和周向应力 沿管道壁厚分布是不均匀的 且内壁上的值最大 轴向应力 z沿管道壁厚均匀分布 b 在管道内壁上的各应力值中以周应向力 的值最大 且大于操作压力 c 周向应力 和径向应力 r沿壁厚的分布情况因径比k的不同而不同 K值越大 内外壁的差值越大 44 内外壁的应力比为 当K 1 2时 由上式可以求得内外壁的应力比值为1 22 其物理意义是 若取平均应力作为强度校核值时 即取 m s 1 5时 那么有 1 5 m s即其最大应力仍然不会超过屈服极限 也就是说此时管道中各点均处于弹性变形状态 管道是安全的 此结论对于薄壁管道是非常有用的 因为薄壁管道是以平均应力作为校核值的 由此也可以知道 薄壁管道应力计算公式中常限制Ro Ri 1 2或管子壁厚S Do 6的原因就在于此 工程上通常以k 1 2来划分薄壁管和厚管的道理也在于此 45 2 薄壁直管在受内时的简化应力公式 P 2 0MPa DO 273mm S 6mm时 21 75MPa Z 43 5MPa 46 3 强度分析 1 常用压力管道设计规范强度校核原则管道强度条件 无论是简单应力状态 还是复杂应力状态 都是限定其最大应力 或根据强度理论组合的当量最大应力 在材料的屈服极限范围内 即认为最大应力超出材料的屈服极限 s 管道元件将发生破坏 47 2 应力集中问题 工程上根据实际的需要 经常遇到压力管道元件开孔分支 变径 拐弯等问题 以致压力管道在这些局部区域发生了形状或断面面积的变化 试验和实践都证明 当管道元件的形状或截面发生突变时 或者受到的外力发生突变时 该局部区域的应力将急剧增加 且随着远离这个区域 其应力水平则迅速降低并在某一尺寸处而趋于正常 通常把因管道元件的外形突然变化或载荷的突然变化而引起局部应力增大的现象称为应力集中 48 从微观上讲 管道元件中总避免不了气孔 夹渣 夹杂甚至裂纹等制造缺陷的存在 这些缺陷的存在导致了材料的微观不连续 它不仅直接消弱了管道元件的承载能力 而且也会引起应力集中问题 49 由于应力集中的存在 可能会使得压力管道元件的整体应力在尚未达到材料的屈服极限时 而应力集中区域的最大应力已经达到或远远超过了材料的屈极限 塑性力学认为 结构中某区域因受过大的应力而发生屈服时 其塑性变形的区域有向外扩展的趋势 而相邻部分因受力较小而处于弹性变形状态 它将对塑性变形区的扩展起到约束和限制作用 使变形趋于协调而不在继续发展 这一现象称为材料的自限性 由此可见 由于材料存在自限性 既使管道元件局部发生塑性变形 也不会导致强度破坏 50 max与 的比值称之为应力集中系数在管系应力计算中 由于弯头 或弯管 横截面的扁平化而使得其截面惯性矩或抗弯 抗扭 截面模量减少的倍数 为弯头 或弯管 的柔度系数 51 管道元件中还常常存在焊接残余应力 加工残余应力 铸造残余应力和装配应力 如强行组焊 等应力 这些应力与上述载荷引起的管系应力叠加后 有时对管道元件的强度破坏影响较小 有时则影响较大 例如当它与腐蚀介质共同作用而引起材料应力腐蚀破坏时 这些应力的影响是不可忽视的 但这些应力并非属于管系应力 也不能由管系应力分析中求得 故在此不作讨论 仅仅提醒压力管道检验人员 当该管系在有应力腐蚀环境下工作时 应注意其应力水平 注意应力腐蚀 52 3 压力管道的安定分析 一般情况下 压力管道元件在静力的作用下存在三种不同性质的应力 即一次应力 二次应力和峰值应力 一次应力是指由于外加载荷作用而产生的应力 这类应力的特点是 它满足与外加载荷的平衡关系 且随外加载荷的增加而增加 无自限性 当一次应力值超过材料的屈服极限时 管道将产生过度塑性变形而破坏 管道承受的介质内压 自重 介质重量等持续外载荷而产生的应力属于一次应力 53 二次应力是指由于管道变形受到约束而产生的应力 这类应力的特点是 它不直接与外力平衡 具有自限制性 当管道局部发生屈服和产生小量变形时其应力水平就能降低下来 管道由于热胀冷缩 位移受阻等产生的应力属于二次应力 54 峰值应力是指由于结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二次应力的应力增量 峰值应力与二次应力既有相同之处又有不同之处 峰值应力也具有自限性 但它的应力水平较高 发生的区域也较小 峰值应力和二次应力产生的外部条件不尽相同 峰值应力主要是由于结构或载荷不连续产生 而二次应力除由结构形状突变和外载荷突变引起外 其位移受阻也可引起 二次应力往往发生在某一个横截面上 而峰值应力则发生在某一更小的区域 它一般是疲劳破坏或脆性断裂的可能根源 由于引发的外部条件不尽相同 热态下和冷态下的二次应力差别很大 热态下由热胀和位移引起的二次应力值要比冷态下由结构或载荷不连续产生的二次应力值大的多 故在实际计算中 仅在热态下考虑二次应力的影响 无论是在热态下还是在冷态下 峰值应力都是由结构或载荷不连续产生 故它在热态和冷态的值变化不大 但由于峰值应力水平较高 故无论热态还是冷态均应考虑 55 一次应力和峰值应力的评定对一次应力的评定应采用弹性理论进行 即限定一次应力不超过材料的屈服极限 引入安全系数 工程上一般限定管道的一次应力 I 不得超过设计温度下管道材料的许用应力 h 即 I h对峰值应力的评定 应采用断裂力学的理论进行 工程上一般采用应力集中系数进行简化求解 56 二次应力的评定应采用弹塑性理论进行 通过分析 要想使材料在受二次应力的情况下处于安定状态 必须限制构件中的一次应力与二次应力之和小于2倍的屈服极限 即 一般情况下 s 1 5 代入上式可得 对于压力管道来说 其二次应力多为热胀冷缩或位移受阻而产生 那么兼顾热态和冷态的许用应力 可取并将它代入式 b 得 进一步留出安全裕度 即将系数1 5改为1 25 考虑反复加载和卸载造成的疲劳累积损伤 引进应力范围减少系数f 故式 c 可变为 d 57 由于一次应力 I必须小于热态时的许用应力 h 那么用 h代替式 d 中的 I更趋于安全 由此可以得到 e 式中 管道的二次应力 MPa f 在预期寿命内 考虑循环总次数影响的许用应力范围减少系数 a 许用应力范围 MPa L 管道材料在20 时的许用应力 MPa h 管道材料在设计温度下的许用应力 MPa 式 e 即为管道中二次应力强度条件判定式 它已被众多的压力管道设计规范如ASMEB31 3 SH T3041所引用 58 4 管系静应力分析 主要包括以下内容 a 压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算防止管道元件局部发生过度塑性变形而破坏 b 管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算防止管道元件发生疲劳破坏 c 管道对相连设备作用力的计算防止管系对相连设备的作用力太大 保证设备正常运行 d 管道支吊架的受力计算为支吊架强度设计提供荷载数据 e 管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏 59 5 快速确定管系热膨胀补偿是否满足要求的简便方法 ASMEB31 3 DO 管子外径 mm Y 管段总位移 mm U 管段两固定点间的直线距离 m L 管段在两固定点间的展开长度 m x y z 分别为管段在x y z轴方向的坐标值 mm x y z 分别为管段在x y z轴方向的位移值 mm 60 应用上式简单判断式时 管系必须满足下列条件 a 管系两端为固定点 b 管系内各管道元件的管径 壁厚 材质应均匀一致 c 管系中无分支 且无支吊架 d 管系在使用寿命内的冷热循环次数不超过7000次 简单判断式不适用于下列管道 a 在剧烈循环条件下运行 有疲劳危险的管道 b 大直径薄壁管道 c 端点附加位移量占总位移量大部分的管道 d L U 2 5的不等腿U形弯管管道 或近似直线的锯齿状管道 61 6 往复压缩机管道的振动 往复式压缩机因间歇排出介质引起的振动是正常工况下出现的不可避免的强迫振动 也是最典型 最复杂的振动 往复式压缩机进出口管系的振动分成以下几个振系 a 第一振系 指由于压缩机的动不平衡而引起的压缩机本身和与其相连管道 包括管道内的介质 的振动所构成的振动系统 b 第二振系 指由于压缩机的间歇吸气和排气而引起的气柱振动所构成的振动系统 c 第三振系 指由于气柱的压力脉动及其动能变化而激起的管道振动所构成的振动系统 d 第四振系 指由于管道上节流及启闭元件引起的介质涡流而激起管道自激振动所构成的振动系统 e 第五振系 指由于管道的振动而引起的与其相连支承件的振动所构成的振系 62 影响管系刚度的因素主要有下列三个 a 管道的支撑 b 管道的布置 c 管道直径 影响管系振动振幅和动应力值的因素主要有 a 气柱共振和机械共振 b 压力不均匀度 c 管系结构 d 管系的刚度及支撑 63 缓冲罐安装位置对气流脉动消减的影响模拟实验 不加缓冲的脉动幅值是加缓冲罐的脉动幅值的几倍 把缓冲罐直接加在压缩机出口 要比加在管道中间时气流脉动缓和 幅值要小得多 缓冲罐越靠近压缩机出口 压力脉动消减效果越好 64 往复式压缩机管道振动设计 审核应注意的内容 也是检验中的注意点 有不少冷库的设计都没有认真考虑振动等 a 进行气柱固有频率分析 使其避开激振力的频率 b 进行压力脉动不均匀度分析 采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施 将压力不均匀度控制在允许的范围内 c 进行管系结构振动固有频率 振动特性及各节点的振幅及动应力分析 通过设置防振支架 优化管道布置 消除过大管道振动 65 4 管道缺陷对安全的影响 1 未焊透摘录实验情况 对在用含未焊透缺陷工业压力管道的安全评估 通过事先做好的不同环焊缝缺陷 做相应实验 66 拉伸试验拉伸试验采用整管拉伸方法 拉断载荷数据见表2 为了计算出由未焊透而削弱的程度 引入一个削弱系数H 定义为有缺陷试件拉断载荷P和没有未焊透缺陷试件拉断载荷P0的比值 即H P P0 其结果见表2 从表2中可以看出 在相同的缺陷长度与管周长比的情况下 随着未焊透深度的增加 其强度削弱敏感性增加 即强度削弱越快 同样 在2个未焊透深度差值相同的情况下 随着缺陷长度与管周长比的减小 其强度削弱敏感性增加 67 经修正后 可分别得到不同缺陷长度与管周长比下新的未焊透容限深度的强度削弱因子 见表3 68 极限载荷试验采用自行研制的打压系统 试验前先进行有限元计算 确定最大应变点作为极限载荷的测试点 取极限载荷的2 3作为许用载荷 上述含未焊透缺陷的管子的许用载荷及安全性评定同时列于表4中 69 各试样实测极限载荷削弱因子 含未焊透缺陷试样实测极限载荷与不含未焊透缺陷完整试样实测极限载荷之比值 见表5 并与拉伸强度削弱因子作了比较 70 2 体积缺陷 带体积型缺陷压力管道极限载荷的有限元分析 从表1计算结果可以看出 当腐蚀缺陷的其余条件相同 单独考虑一个因素的影响时 宽度的变化对管道极限载荷的影响较小 长度和深度对管道极限载荷的影响较大 这主要是由于在内压作用下 压力管道的环向应力远大于轴向应力 而缺陷深度和长度的变化对环向应力影响较大 所以缺陷长度和深度的变化对极限载荷的影响明显 宽度的变化对极限载荷的影响不明显 71 我们还可以发现 缺陷长度和深度对管道极限载荷的影响并不完全相同 随着缺陷长度的增加 管道的极限载荷呈下降趋势 但当腐蚀缺陷的长度达到一定时 缺陷长度的增加对管道极限载荷的影响不明显 但缺陷深度则不同 随着缺陷深度的增加 管道极限载荷不断减少 腐蚀宽度对腐蚀管道的极限载荷还是有一定的影响的 特别是腐蚀缺陷深度较大时 宽度变化对腐蚀管道的极限载荷有明显的影响 随着宽度的增加 管道的极限载荷减小 但当宽度达到一定时 缺陷宽度的增加对管道极限载荷的影响不明显 当腐蚀缺陷深度较小时 宽度变化对腐蚀管道的极限载荷几乎不影响 基于全尺寸爆破实验结果的验证 可以看出 对于中 高强度等级钢管的缺陷评定 ASMEB31G标准规范方法有一定的保守性 有改进的余地 而利用有限元方法计算得到的结果跟水压试验得到的结果比较接近 误差都在10 以内 72 3 焊接残余应力 压力管道缺陷评定中焊接残余应力的处理分析 主要考虑对接环焊缝中的环向缺陷环向残余应力的产生机理管道环向对接焊焊后 由于冷却 焊缝金属在环向存在着明显的收缩 这种收缩显然受到与之相联的管道周边的限制 即变形具有明显的自限性 图1 这使得环焊缝内部产生了较均匀的拉伸残余应力 73 轴向残余应力的产生机理轴向残余应力由两部分叠加而成 1 由于管内壁和管外壁存在着温度差 因此在内外壁总存在着热膨胀和热收缩两种方向相反的残余应力 其中温度较高的一面将产生拉伸残余应力 温度较低的一面将产生压缩残余应力 这种由温差造成的轴向残余应力是非线性的 由于泊松比的不同 相应地也会产生一些非线性的环向应力 2 由于环焊缝的冷却收缩 使得与焊缝联接的两侧管道周边产生内凹变形 这种内凹变形使管道内壁产生轴向拉伸残余应力 管道外壁产生轴向压缩残余应力 图1 这种轴向残余应力是由于变形 内凹 弯矩造成的 因此它是沿管壁壁厚方向呈连续线性分布的轴向残余应力 74 对环向缺陷有影响的主要是轴向残余应力 轴向残余应力分线性和非线性两部分 线性部分主要是由于环焊缝焊后冷却收缩引起的局部变形造成的 它呈近似对称分布 非线性部分主要是由于管内外壁温差所造成的 它的值很小 当壁厚较薄时 非线性部分可忽略 当壁厚很厚时 大于25 4mm左右 非线性部分必须计入 75 当基于净截面失稳准则对管道缺陷进行评定时可以不考虑焊接残余应力的影响 当以启裂作为管道失效准则时 必须考虑焊接残条应力的影响 另外 在对管道进行晶间应力腐蚀裂纹分析和裂纹疲劳扩展时也必须计入焊接残余应力的影响 76 4 含缺陷构件的应力腐蚀 含缺陷压力管道的应力腐蚀断裂及其安全评定 金属构件在一定的拉应力 包括外应力或残余应力 和一定的腐蚀介质环境的共同作用下 因电化学腐蚀而导致金属构件的快速断裂和早期脆性破坏称为应力腐蚀断裂 发生应力腐蚀断裂必须的三要素是 作用于金属构件上的拉应力 金属自身对力腐蚀的敏感性以及能引起该金属构件应力腐蚀的介质 当这三要素同时存在时 金属构件即可能发生应力腐蚀断裂 77 应力腐蚀开裂通常具有如下特点 a 通常在某种特定的腐蚀介质中 材料在不受应力时腐蚀甚微 b 受到一定的拉应力时 可远低于材料的屈服强度 经过一段时间后 即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂 c 断裂事先没有明显的征兆 往往造成灾难性的后果 78 79 80 81 产生应力腐蚀的材料与介质的组合 82 五 冷库设计规范的部分介绍 1 设计压力选择 83 2 设计温度 84 3 最低工作温度 85 4 材料选择 86 5 管道布置 87 88 6 管件选用 89 7 跨距 90 8 管道设备涂色 91 9 安全控制装置 92 93 94 六 SBJ12 2011氨制冷系统安装工程施工及验收规范 1 一般规定 95 2 阀门 3 管道焊接 96 97 98 4 管道坡度 99 5 焊缝检验 100 101 6 强度及气密试验 102 103 七 质检总局特种设备局关于氨制冷装置特种设备专项治理工作的指导意见 1 涉氨压力管道的设计 1 设计文件的内容应符合 压力管道安全技术监察规程 工业管道 TSGD0001 2009 的规定 压力管道的设计应按 冷库设计规范 GB50072 2010 执行 验收应按 氨制冷系统安装工程施工及验收规范 SBJ12 2009 执行 2 压力管道的对接接头必须采用全焊透的焊接工艺 如氩弧焊打底等 104 3 压力管道焊接接头无损检测应符合以下要求 热氨融霜管道和低压侧压力管道的对接焊接接头应进行100 射线检测合格 角焊缝应100 磁粉或渗透检测合格 高压侧压力管道不少于20 射线检测 角焊缝应100 磁粉或渗透检测合格 射线检测应当按照JB T4730的规定执行 射线技术等级不低于AB级 合格级别不低于 级 磁粉或渗透检测应当按照JB T4730的规定执行 合格级别为 级 4 如果需要采用热氨融霜工艺 必须设置有效的防止产生超压 液击的控制装置 105 2 在用压力管道定期检验 1 在线检验 全面检验应按照 在用工业管道定期检验规程 试行 国质检锅 2003 108号 以下简称 工业管道检规 进行 2 对于确实无法停机的系统 在确保人员安全的情况下 可以在不停机的状态下 对压力管道进行以下项目的检验 替代全面检验 列入隐患整治范围的管道不适用 检验项目一般应包括资料审查 宏观检验 高低压侧的剩余壁厚抽查 埋藏缺陷抽查 以及安全附件检查 必要时 应进行压力试验 106 3 有以下情况之一的 应对压力管道对接焊接接头进行埋藏缺陷检测 宏观检查或表面无损检测发现有缺陷的管道 认为需要进行焊接接头埋藏缺陷检测的 宏观检查发现由于基础沉降不一致而导致管道活动受到制约 其制约点附近管道的对接焊接接头 对对接焊接接头进行埋藏缺陷检测时 高压侧管道一般应采用射线检测 检测标准允许时也可采用超声检测方法 低压侧管道埋藏缺陷的检测可以采用射线检测 超声检测 数字射线成像技术 4 对于低压侧埋藏缺陷 剩余壁厚抽查 应重点对高风险的 具备作业空间的管道 进行适当比例的抽查 5 有保温层的压力管道 须对保温层存在破损 脱落 跑冷等现象的部位进行壁厚检测 保温层完好的 必要时采用数字射线成像技术进行壁厚检测 107 3 资料不全管道的处理 对于无相关技术资料或者技术资料不全 未经具有相应资质的压力管道设计单位设计 没有实施安装监督检验的压力管道都应列入隐患整治范围 可以按照 工业管道检规 进行全面检验和安全评定 按照 合乎使用 确保安全 的原则 分别对管道做出监控使用 限期更换或报废的结论 108 4 涉氨压力管道缺陷处理及安全状况等级评定 一 对检验中发现的超标缺陷 按照 工业管道检规 第四十 四十一 四十二条进行处理 根据检验结果 按照 工业管道检规 第四章的有关规定进行安全状况等级评定 安全附件不合格的压力管道不允许使用 二 同时符合以下条件的压力管道 可按3级评定安全状况等级 1 由使用单位书面承诺该压力管道自安装到受检之日未发生安全事故 并制定安全监控措施 2 管子材料为10钢 20钢 16Mn或材料检验的硬度测定值在HB156以下 3 低温侧管道未焊透深度与管道实测壁之比小于0 6 且缺陷底部最小壁厚 2mm 4 支吊架布置合理 管系处于应力低水平 5 管系整体结构布置合理 109 八 检验中其他需注意的问题 1 氨用阀门灰铸铁类阀门适用于公称压力不大于PN10 温度为 10 150 的氨气 氨水等介质 球墨铸铁类阀门适用于公称压力不大于PN40 温度为 30 150 的氨气 氨水等介质 流体管件焊接类阀门适用于公称压力不大于PN40 温度为 30 150 的液氨 氨气介质工艺管道 钢制阀门适用于公称压力不大于PN40 温度为 46 150 的液氨 氨气 氨水等介质等 按照技术要求对照整改 1 新建及改扩建氨制冷系统应采用氨用钢制阀门 2 已建成投产的氨制冷系统若采用球墨铸铁阀门的 应符合压力管道安全技术规范要求 3 氨制冷系统禁止使用灰铸铁阀门 1