《超设计使用年限压力容器安全评估导则》

1超设计使用年限压力容器安全评估导则本文件给出了超设计使用年限压力容器基于损伤模式评估与检验的基本技术要求和实施程序。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T150.2压力容器第2部分：材料GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T713.2承压设备用钢板和钢带第2部分：规定温度性能的非合金钢和合金钢GB/T713.7承压设备用钢板和钢带第7部分：不锈钢和耐热钢GB/T4732.4压力容器分析设计第4部分：应力分类方法GB/T5310高压锅炉用无缝钢管GB/T6479高压化肥设备用无缝钢管GB/T9948石化和化工装置用无缝钢管GB/T13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管GB/T14976输送流体用不锈钢无缝钢管GB/T19624在用含缺陷压力容器安全评定GB/T26610(所有部分)承压设备系统基于风险的检验实施导则GB/T30579承压设备损伤模式识别GB/T35013承压设备合于使用评价DL/T674—1999火电厂用20号钢珠光体球化评级标准DL/T773—2016火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准DL/T786—2001碳钢石墨化检验及评级标准DL/T787—2001火电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准DL/T999—2006电站用2.25Cr-1Mo钢球化评级标准TSG21固定式压力容器安全技术监察规程HG/T20581钢制化工容器材料选用规范2使用时间达到设计使用年限，或者设计文件中未规定设计使用年限，但实际使用超过20年的针对材料损伤引起设备失效的风险评估和管理过程。损伤形态随时间变化、损伤或劣化程度随时间累积，且时间是失效的控制因素的损伤模式。损伤形态不随时间变化，且损伤或劣化程度随时间累积可忽略的损伤模式。不存在与时间相关的损伤模式，或经过评估存在与时间相关的损伤模式的压力容器，在持续服役过程中损伤或劣化程度可以忽略，即为损伤与预期使用寿命无关。与预期使用寿命低相关lowcorrelat存在与时间相关的损伤模式的压力容器，在临近(注1)或超出设计使用年限后继续使用，按照本文件评估存在较低的失效可能性，即为损伤与预期使用寿命低相关。与预期使用寿命高相关highcorre存在与时间相关的损伤模式的压力容器在临近或超出设计使用年限后继续使用，按本文件评估存在较高的失效可能性，即为损伤与预期使用寿命高相关。根据本文件规定的方法对超出设计使用年限压力容器进行损伤模式识别和归类，给出针对特4总则4.1一般原则4.1.1超设计使用年限压力容器的定期检验除符合本文件的规定外，还应遵守国家相关法律、法规及安全技术规范的要求。4.1.2超设计使用年限压力容器的定期检验应以损伤模式识别为基础，按本文件规定的技术要求进行4.2资格与职责4.2.1评估与检验机构a)采用本文件对压力容器实施评估的机构，应具有失效分析和风险分析经验，并且具备按本文件实施评估的人员配备、装备能力和相应的分析软件；b)采用本文件对压力容器实施检验的机构，应具有相应的压力容器检验资质；c)采用本文件对超设计使用年限压力容器进行评估、检验的机构，应在其质量体系中规定符合本文件要求的程序性文件，并有效实施；d)采用本文件对超设计使用年限压力容器进行评估、检验的机构，应对其评估结论和检验结论的真实性、准确性、有效性负责。4.2.2评估与检验人员a)采用本文件对超设计使用年限压力容器进行评估的人员应当具有足够的设计、材料、腐蚀、工艺、检验等知识背景和工程经验，并经过与本文件相关的技术培训，充分理解本文件的技术内容和应用准则；b)采用本文件对超设计使用年限压力容器进行检验的人员，应具有相应压力容器的检验资格，其中对与预期使用寿命高相关的压力容器进行检验的人员应具有检验师及以上资格；c)评估人员应按照本文件的要求，收集资料并确定压力容器的实际状态，识别压力容器损伤模式并分析其发展趋势，根据损伤模式及演化规律提出检验建议，出具评估报告；d)检验人员应按照TSG21和评估报告的要求制定检验方案并实施检验；e)评估与检验人员应对使用单位提供的资料具有保密的责任。a)使用单位对超设计使用年限压力容器的使用管理，除满足本文件的要求外，还应同时遵守国b)使用单位对其拥有的超设计使用年限压力容器，应在定期检验有效期届满前6个月向具有相应检验资质的机构提出检验申请；c)实施评估与检验前，使用单位应提供评估与检验所需要的各项资料，并对所提供资料的完整性、真实性和有效性负责，其中包括压力容器的设计资料、制造(安装)资料、修理改造资料、检验资料、运行记录、历史失效记录以及相关装置的工艺技术资料等；d)对于超设计使用年限后仍需继续使用的压力容器，使用单位应加强日常维护和管理，严格执行工艺操作规程，并满足检验报告中规定的特殊技术要求。45.1超设计使用年限压力容器评估与检验的一般程序包括：5.2超设计使用年限压力容器评估和检验流程见图1。第7章：损伤模式识别与预期使用与预期使用容器的安全状况等级和检验周期应满足TSG21、本文件第10章以及第8章：损伤评估的判定与预期使用5潜在的损伤模式，对于存在与时间相关的损伤模式的压力容器，应按照本文件第8章的要求分析损伤与压力容器预期使用寿命的相关度。5.4当压力容器不存在与时间相关损伤模式，或损伤与压力容器预期使用寿命无关时，可按照本文5.5当压力容器存在与时间相关损伤模式，且相应的损伤与压力容器预期使用寿命低相关时，应按照本文件10.3c)的要求实施检验并给出结论。5.6当压力容器存在与时间相关损伤模式，且相应的损伤与压力容器预期使用寿命高相关时，应按照本文件10.3d)的要求实施检验，按照10.2的要求进行量化评价，并给出结论。5.7经使用单位与检验机构协商，其他有必要的压力容器也可进行量化评价。6.1超设计使用年限压力容器评估与检验前，评估人员应对建造、运行和检维修资料进行收集和调a)压力容器设计、制造(安装)和修理改造资料；6.2评估人员应重点关注压力容器设计使用条件和实际使用条件的差异，如介计腐蚀裕量与实际腐蚀情况、设计循环载荷条件和频次与实际值的差异、设计温度和压力与实际操作温度和压力的差异以及严重损伤历史及其原因分析等。6.3压力容器设计、制造(安装)和修理改造资料，包括：c)安装(含现场组装)资料；d)改造(包括工艺)和维修资料。6.4工艺流程及操作运行资料，包括：b)近期3次定期检验报告；67.1评估人员在对超设计使用年限压力容器实施检验前，应按照本章的要求进7.2评估人员应根据压力容器的设计条件和使用情况，按照GB/T30579或GB/T26610的规定进以及设计使用条件和实际服役条件的差异。7.3表1给出了典型的与时间相关的损伤模式(有关损伤模式的定义、分类、影响因素和损伤形态依据GB/T30579的规定)。7.4对于未列入GB/T30579的损伤模式，评估人员也可以采用以下方法进行补充判定：7.5对于存在应力腐蚀开裂、局部腐蚀的压力容器，评估和检验人员应予以重点关注。典型损伤形态归类方法(章节)(章节)1234蠕变疲劳5(球化、石墨化、高温氢腐蚀、回火脆化)金相组织变化、力学性能变化、裂纹、压力容器预期使用寿命的相关度进行归类。8.1.2当超设计使用年限压力容器建造、改造和修理档案不完整时，使用单位应补充、完善相关资料，以满足评估和检验工作的需要；当使用单位不能提供评估与检验所需要的足够资料时，使用单位可委托具有相应资质的机构，采用可靠的检查、检测和测量等手段补充压力容器的相关数据。历史情况，对容器进行损伤评估和压力容器归类。a)对于非内衬和复合板压力容器，当壁厚损失不超过设计腐蚀裕量的75%时，压力容器可归类为与预期使用寿命低相关，否则归类为高相关；是否量的75%?是否是否厚度的25%,且腐蚀速率是否图2存在腐蚀减薄损伤模式的压力容器推荐归类方法8b)对于内衬或复合板压力容器，当壁厚损失不超过衬板或者覆材厚度的25%,且使用期间腐蚀速率无逐年增大趋势时，压力容器可归类为与预期使用寿命低相关，否则归类为高相关。8.2.3对于存在严重局部壁厚损失的压力容器，应按照TSG21相应条款的要求，考虑容器原设计工况，基于容器的实际使用情况与服役历史进行安全评估(合于使用评价)。8.3.1对于存在疲劳损伤模式的压力容器可归类为与预期使用寿命高相关或低相关。评估人员应根据压力容器运行情况和历史检验情况进行归类，归类流程见图3。8.3.2满足以下情况之一的压力容器可归类为与预期使用寿命低相关：a)设计免除疲劳分析的压力容器；b)按实际操作工况符合GB/T4732.4免除疲劳分析条件的；c)按照实际操作工况分析得到的循环次数加上下一检验周期的预期循环次数，小于设计文件中疲劳分析的按材料设计疲劳曲线得到的循环次数。8.3.3不满足本文件8.3.2的所有条款或有下列检验结果的压力容器可归类为与预期使用寿命高相关：a)超出建造标准规定的平面缺陷；b)最近一次检验中发现使用过程中产生的缺陷。8.3.4与预期使用寿命高相关的压力容器，应按实际载荷谱，采用GB/T4732.4等标准进行疲劳评价，确定压力容器剩余寿命。开始开始是否的筛选条件?是或最近一次检出使用产否是图3存在疲劳损伤模式的压力容器推荐归类方法8.3.5与预期使用寿命高相关的压力容器存在超标缺陷时，应按实际载荷谱，并根据缺陷类型，采用GB/T19624等标准进行疲劳评价，确定压力容器剩余寿命。8.4蠕变8.4.1对于存在蠕变损伤模式的压力容器，评估人员应确认压力容器设计条件和操作条件的差异，并根据压力容器实际运行参数及宏观检验历史情况进行归类，必要时补充金相、硬度等检测。8.4.2存在蠕变损伤模式的压力容器归类方法如下，归类流程见图4。a)确定压力容器正常工况下最高操作温度Top和评价温度TeVAL,其中：一条纵焊缝时)b)当压力容器评价温度TeVAL低于表2～表4规定的相应材料临界温度Tc₁,可归类为与预期使用寿命无关。c)当压力容器评价温度TevAL高于或者等于表2～表4规定的相应材料临界温度Tc,可归类为与预期使用寿命低相关或高相关，其中：——近3次检验未曾发现蠕变损伤或蠕变变形时，可归类为与预期使用寿命低相关；——曾发现蠕变损伤或蠕变变形，或无可靠的蠕变损伤检验历史记录时，可归类为与预期使用寿命高相关。8.4.3对于存在蠕变损伤模式的压力容器，当其被归类为与预期使用寿命低相关时、相应的蠕变损伤不影响定期检验时压力容器安全状况等级的评定。是是否否图4存在蠕变损伤模式的压力容器推荐归类方法表2常见钢板蠕变损伤模式临界控制温度Tc₁推荐值类别临界温度Tc₁/℃123正火+回火4正火+回火5正火+回火6正火+回火7正火+回火8一正火+回火9高合金钢(奥氏体耐热钢)一一一一一一表3常见钢管蠕变损伤模式临界控制温度Tc₁推荐值类别牌号临界温度Ta₁/℃1碳素钢23456789高合金钢(奥氏体耐热钢)一一一一一一表4常见锻件蠕变损伤模式临界控制温度Tc₁推荐值类别临界温度Tc₁/℃1正火、正火+回火2正火、正火+回火、调质3调质4调质5正火、正火+回火、调质6正火、正火+回火、调质7正火、正火+回火、调质8正火、正火+回火、调质9正火、正火+回火、调质正火、正火+回火、调质正火、正火+回火、调质高合金(奥氏体耐热钢)一一一一一8.5蠕变疲劳8.5.1对于存在蠕变疲劳损伤模式的压力容器，应结合压力容器的蠕变损伤与疲劳损伤情况，将压力容器归类为与预期使用寿命高相关或低相关。评估人员应根据压力容器运行情况和历史检验情况进行归类，归类流程见图5。必要时补充金相、硬度等检测。8.5.2与预期使用寿命高相关的压力容器，应按实际载荷谱，采用GB/T4732.4等标准进行蠕变疲劳评价，确定压力容器剩余寿命。8.5.3与预期使用寿命高相关的压力容器存在超标缺陷时，应按实际载荷谱，并根据缺陷类型，采用GB/T19624等相关标准进行蠕变疲劳评价，确定压力容器剩余寿命。是否满足8.3.3条高相关情况NYN—2001(1Cr-Mo钢)、DL/T999—2006(2.25Cr-1Mo钢)等执行；石墨化评级方法按照DL/T786—a)服役温度低于375℃(碳钢)、425℃(铬钼钢)、475℃(铬钼钒钢)或525℃(奥氏体不锈否否服役温度是否高于375℃(碳钢)/425℃(铬钼钢)(奥氏体钢)?是是否达到球化4级(珠光体钢)/球化5级(贝氏体钢)否是否达到球化3级(珠光体钢)/球化4级(贝氏体钢)否是否达到球化2级(珠光体钢)/球化3级(贝氏体钢)是历次检验球化(石墨化)是是是是否是b)对于历史检验(检测)结果符合下列情况之一的压力容器，可归类为与预期使用寿命无关。——石墨化2级及以下，且历次检验(检测)未发现劣化趋势。——对于金相组织为贝氏体的铬钼钢，球化4级，且历次检验(检测)中未出现进一步劣化——石墨化3级，且历次检验(检测)中未出现进一步劣化趋势。d)对于历史检验(检测)结果符合下列情况之一的压力容器，可归类为与预期使用寿命高相关。——对于金相组织为珠光体的碳钢、低合金钢，球化4级及以上；——石墨化4级；——当c)中无法判断材料劣化趋势或出现进一步劣化趋势。e)与预期使用寿命高相关的压力容器，出现强度下降引起的鼓包、胀粗、表面开裂，或是石墨化引起的孔洞、裂纹等损伤形态时，不得继续使用。8.6.2高温氢腐蚀8.6.2.1对于存在高温氢腐蚀损伤模式的压力容器，可归类为与预期使用寿命低相关或高相关，归类方法见本文件8.6.2.2和8.6.2.3,归类流程见图7。开始开始是否存在高温氢是是否是碳钢、钼是最高操作温度+30℃和相应氢分压是否位于极限曲线之上?否历次检验是否发现有高温氢腐蚀导致的脱碳现象，以及否与预期使用寿命低相关否是是与预期使用寿命高相关图7存在高温氢腐蚀损伤模式的压力容器推荐归类方法飞50950007000900011.00表面脱碳表面脱碳内部脱碳焊后未热处理的碳钢安全内部脱碳和微裂纹表面脱碳见备注碳钢a)压力容器建造资料(包括母材J系数、焊缝X系数、步冷试验测试结果)和运行资料审查。…△FATT(J)=-15.416+0.7267×J-……开始开始建造资料审查(包括母材J系数和焊缝X系数，步冷试验测试数据)否是运行资料审查(重点关注服役历史操作温度)实际操作温度是否为345℃~595℃?是是否图9存在回火脆化损伤模式的压力容器推荐归类方法c)当满足以下任一情况时，压力容器可归类为与预期使用寿命高相关。—压力容器母材的J系数或者焊缝X系数大于或等于表5所给出的控制值；——压力容器整个服役过程中材料累积脆化当量△FATTm大于1。牌号8.6.3.3累计服役时间超过30年的加氢反应器，一般归类为与预期使用寿命高相关。9检验程序及要求9.1一般要求9.1.1超设计使用年限压力容器应根据损伤模式识别、损伤评估和压力容器与预期使用寿命相关性归类的结果，逐台制定检验方案，实施检验，并出具检验报告，其中：——对于不存在与时间相关损伤模式，或损伤与预期使用寿命无关的压力容器，按TSG21的要求制定检验方案，实施检验；——对于损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，按TSG21和本章的要求制定检验方案，实施——对于损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，按TSG21和本章的要求制定检验方案，实施检验，并为量化评价提供数据。9.1.2对于不能确定损伤模式的压力容器，其检验方法、比例和技术要求应由检验机构和使用单位协9.1.3对于存在与时间相关损伤模式的压力容器，当历次检验采用有效检测方法未发现损伤现象时，可对检验方法和比例进行适当调整，但应符合TSG21的最低要求。9.1.4对于损伤与预期使用寿命高相关，且运行风险较高的压力容器，使用单位应在充分论证的基础上，结合量化评价报告，提出日常运行监控措施。9.2腐蚀减薄9.2.1对于存在腐蚀减薄损伤模式，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，按照TSG21的要求制定检验方案并实施检验。9.2.2对于存在腐蚀减薄损伤模式，且损伤与为量化评价提供数据。a)检验人员应进行宏观检验，并根据压力容器历次壁厚测定情况和检验经验，确定压力容器的腐蚀严重部位和腐蚀类型。b)对于均匀腐蚀的压力容器，应确定腐蚀减薄的范围，并对选定的受压元件腐蚀减薄严重部位进行不少于15个点的均布壁厚测定。c)对于局部腐蚀的压力容器，应进行危险壁厚截面法测厚，按照图10进行测量，每条网格线上的测点不少于5个。d)对于点腐蚀的压力容器，应对点腐蚀坑尺寸进行详细测量。环向危险壁厚截面o轴向网格线上的最小壁厚点△环向网格线上的最小壁厚点图10测厚网格与危险壁厚截面图9.3.1对于存在疲劳损伤，且损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应在应力分析的基础上对其结构的应力集中部位和局部温度梯度较高的区域进行100%的表面缺陷检测。必要时，还可采用应变传感器、压力传感器、温度传感器等对周期性载荷进行监测。9.3.2对于存在疲劳损伤，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应对结构的应力集中部位和局部温度梯度较高的区域进行不少于20%的表面缺陷检测。9.3.3对于上次定期检验中发现超标埋藏性缺陷的部位，应进行复查。9.3.4必要时还应对超标的焊缝余高、凹陷、沟槽、鼓包及修补区域等进行检验。9.3.5对于存在热棘轮损伤模式的压力容器，必要时还应进行变形量检测。9.3.6对于存在振动等随机疲劳损伤的压力容器，必要时应进行振动监测。9.4蠕变9.4.1对于存在蠕变损伤模式，且损伤与预期使用寿命无关的压力容器，应对局部高温、应力集中及焊接接头部位进行宏观检验，必要时进行表面缺陷检测。9.4.2对于存在蠕变损伤模式，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应对局部高温、应力集中及焊接接头部位、制造时存在缺陷或进行过返修的部位进行表面缺陷检测和埋藏缺陷检测。9.4.3对于存在蠕变损伤模式，且损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应对局部高温、应力集中及焊接接头部位、存在超标缺陷或进行过返修的部位以及高温区域内的不等厚焊接接头、异种钢焊接接头和T型接头的热影响区进行表面缺陷检测和埋藏缺陷检测。同时在应力分析的基础上进行硬度、金相等检测，综合分析蠕变损伤程度。9.5蠕变疲劳9.5.1对于存在蠕变疲劳损伤模式，且损伤与预期使用寿命无关的压力容器，应对局部高温、应力集中及焊接接头部位进行宏观检验，必要时进行表面缺陷检测。9.5.2对于存在蠕变损伤疲劳模式，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应对局部高温、应力应对结构的应力集中部位和局部温度梯度较高的区域进行不少于20%的表面缺陷检测。9.5.3对于存在蠕变疲劳损伤模式，且损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应对局部高温、应力集中及焊接接头部位、存在超标缺陷或进行过返修的部位以及高温区域内的不等厚焊接接头、异种钢焊接接头和T型接头的热影响区进行表面缺陷检测和埋藏缺陷检测，在应力分析的基础上进行硬度、金相等检测。同时，对其结构的应力集中部位和局部温度梯度较高的区域进行100%的表面缺陷检测。必要时，还可采用应变传感器、压力传感器、温度传感器等对周期性载荷进行监测。9.6材料高温性能劣化9.6.1.1球化可通过硬度检测进行预判，对硬度明显下降区域需进行进一步金相检测，重点检测金属壁温最高的部位、运行过程中异常超温部位、发生变形区域及应力集中区域，其中：a)对于损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应对可能发生材质劣化区域进行硬度检测。对于硬度值小于材料标准值的部位，应补充金相检测。b)对于损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应对发生材质劣化区域进行表面缺陷检测、硬度检测和金相检测。当条件允许时，还应补充材料拉伸及冲击等试验。9.6.1.2石墨化需通过金相检测发现，重点检测金属壁温最高部位、运行过程中异常超温部位、焊接热影响区等，其中：a)对于损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应对发生材质劣化区域进行金相检测。b)对于损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应对发生材质劣化区域进行表面缺陷检测和金相检测。当条件允许时，还应补充材料拉伸及冲击等试验。9.6.1.3硬度检验依照GB/T231.1执行。如使用现场便携式硬度计检验，应进行对比实验以确定其布氏硬度，检验机构应对转化结果进行确认。9.6.2.1对于存在高温氢腐蚀，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应进行宏观检验、壁厚抽查，以及不少于20%的表面缺陷检测、埋藏缺陷检测。应重点检验内表面和高温区，检测部位应对上次检验部位不少于5%的复查。必要时，进行金相和硬度抽查。9.6.2.2对于存在高温氢腐蚀，且损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应进行宏观检验、壁厚抽查，以及不少于50%的表面缺陷检测、埋藏缺陷检测和母材埋藏缺陷检测抽查，同时进行金相和硬度抽查。应重点检验内表面和高温区，检测部位应对上次检验部位不少于10%的复查。9.6.2.3对于有衬里或复合层的压力容器，以宏观检验为主，对异常和有怀疑的部位进行衬板或覆层的剥离、脱落检测抽查。抽查发现剥离、脱落情况时，应增加抽查比例，并进行层下裂纹检测。9.6.3.1对于存在回火脆化损伤模式，且损伤与预期使用寿命低相关的压力容器，应进行宏观检验，以及不少于20%(检测部位应与上次定期检验部位不少于5%的焊缝总长度重合)的焊缝表面缺陷检测和埋藏缺陷检测，并重点关注检测的有效性及对历史检验结果的复查。9.6.3.2对于存在回火脆化损伤模式，且损伤与预期使用寿命高相关的压力容器，应进行宏观检验，以及不少于30%(检测部位应与上次定期检验部位不少于10%的焊缝总长度重合)的焊缝表面缺陷检测和埋藏缺陷检测，重点关注检测的有效性及对历史检验结果的复查。9.6.3.3对于存在回火脆化损伤模式且与预期使用寿命高相关的压力容器，使用单位应按照量化评价的结果制定相应的操作规程并严格执行。10结论和报告10.1超设计使用年限压力容器与预期使用寿命相关性归类完成后，评估机构应根据损伤评估和压力容器归类结果，逐台给出评估结论