某干氣車間凈化器殼體錯邊完整性評價(安全)
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某干氣車間凈化器殼體錯邊完整性評價(安全)
郭肆偉1 荊琳2姜海一3趙文靜3
（1．中國石油伊拉克公司艾哈代布項目 北京 100011）（2．河北華北油田特種設(shè)備檢驗所 任丘062552） (3．中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 1'00029)
摘要：本文針對某干氣車間凈化器在定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的封頭與筒體連接環(huán)焊縫的超標錯邊缺陷，采用合于使用評價方法對其安全性進行分析，利用JB 4732-1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標準》中的塑性極限載荷分析方法進行有限元分析，得出該臺容器的最大允許操作壓力不超過塑性極限內(nèi)壓的2／3，可以滿足使用要求，建議使用單位運行期間對該容器加強監(jiān)控管理，避免內(nèi)壓力、溫度劇烈波動，避免應(yīng)力腐蝕、疲勞失效的發(fā)生，適當縮短下一檢驗周期。
關(guān)鍵詞：有限元分析塑性極限載荷分析合于使用評價中圖分類號：X933.4
文章編號：1673-257X(2016)06-0034-03 DOI：10. 3969/j .issn .1673-257X．2016. 06. 008
1概述
2014年3月對某干氣車間凈化器進行定期檢驗檢驗過程中發(fā)現(xiàn)筒體與封頭連接的環(huán)焊縫存在5mm的整體超標錯邊制造缺陷（焊縫軸向長度6mm），如圖1、圖2所示。
為了科學(xué)評價局部錯邊區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，采用有限元分析法進行極限分析。分析評價的依據(jù)為JB 4732-1995。該容器的主要技術(shù)參數(shù)見表1。
2含超標錯邊結(jié)構(gòu)的塑性極限內(nèi)壓載荷分析
2.1模型的簡化
基于該容器的圖紙和現(xiàn)場檢測的結(jié)果，建立3-D實體模型。計算中取在封頭與筒體內(nèi)徑相同情況下，封頭與簡體沿某一徑向整體錯開5mm。材質(zhì)的力學(xué)性能參數(shù)見表2，計算中保守地將該材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線簡化為理想彈塑性曲線，如圖3所示。
2.2建模、網(wǎng)格劃分和加載
采用ANSYS有限元分析程序中的實體單元Solid95來建模。這兩種單元具有塑性、蠕變、鼓脹、應(yīng)變硬化、大位移和大應(yīng)變能力。
為了避免端面約束對分析部位產(chǎn)生影響，計算時取筒體軸向長度為
（R i為簡體內(nèi)半徑；t為筒體壁厚）。采用沿兩側(cè)最大錯邊處剖開的對稱模型，映射網(wǎng)格，如圖4和圖5所示。筒體端面沿軸向和周向約束位移，內(nèi)表面承受均勻的內(nèi)壓載荷，如圖6所示。
2.3計算結(jié)果
隨著內(nèi)壓載荷的增加，局部錯邊區(qū)域內(nèi)的VONMISES等效應(yīng)力不斷發(fā)生變化，當施加的內(nèi)壓值等于2.45MPa時結(jié)構(gòu)分析結(jié)果最后一步收斂(見圖7和圖8)。施加的內(nèi)壓超過此值時，計算得不到收斂解，表明結(jié)構(gòu)失去了進一步承載的能力。取整體錯邊模型極限分析過程中計算發(fā)散前的最后一步穩(wěn)定收斂的解作為錯邊區(qū)域的塑性極限內(nèi)壓。根據(jù)JB 4732-1995的規(guī)定，這臺容器的最大允許操作壓力不超過塑性極限內(nèi)壓的2／3，即1.64MPa。
3結(jié)論
因該設(shè)備操作工況穩(wěn)定，可以排除發(fā)生疲勞破壞失效的可能。極限分析結(jié)果表明，該臺容器的操作壓力和水壓試驗壓力均不超過結(jié)構(gòu)的最大允許操作壓力，故整體錯邊區(qū)域滿足JB 4732-1995中基于塑性極限分析的評價要求。故該臺含錯邊超標缺陷設(shè)備可以在當前使用介質(zhì)、正常操作壓力和操作溫度范圍內(nèi)繼續(xù)使用。建議使用單位在凈化器未來的運行期間加強監(jiān)控，避免內(nèi)壓、溫度的劇烈波動。鑒于可能的潛在的不利影響，建議適當縮短下一檢驗周期。
