EN13445压力容器疲劳评定方法及其应用

'EN13445压力容器疲劳评定方法及其应用谭蔚。王泽军(1．天津大学化工学院，天津300072；2．天津市特种设备监督检验技术研究院，天津300192)摘要：简要介绍了EN13445中压力容器疲劳评定的基本理念和技术特征，讨论了疲劳评定中迭代程序设计、腐蚀裕量取舍、锻件疲劳评定方法等问题。以某脱水空气压力罐为例，进行了应力计算，按照EN13445的要求进行了疲劳评定，并与按照JB4732进行疲劳评定的结果进行了对比，结果表明两个标准评定结果差异巨大，继而分析了产生差异的基本原因。关键词：EN13445；疲劳评定；程序设计；标准对比中图分类号：TH123；T一651；TQ053．2文献标识码：B文章编号：1001～4837[2013)01—0066—04doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．01．010FatigueAssessmentMethodinEN13445andAnApplicationCaseTANWei，WANGZe—jun(1．SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，TianjinUniversity，Tianjin300072，China；2．TianjinSpecialEquipmentInspectionInstitute，Tianjin300192，China)Abstract：ThefundamentalthoughtandtechnicalcharacteristicsofEN13445arebrieflyintroducedonfa—tigueassessmentofpressurevessels．Someissuesaboutfatigueassessmentarediscussedwhichincludethedesignofaniterativeprogram，theadoptionofcorrosionallowanceandtheassessmentmethodofforgings．Astressanalysisonadewateringairpressuretankiscarriedoutandbasedonwhich，thefatigueperform-anceofthetankisthenassessedasperEN13445．Agreatdifferenceisfoundaftercomparingtheallowa—blecyclesresultingfromJB4732andEN13445respectively，andthefundamentalreasoncausingthedif1．erenceiSthendiscussed．Keywords：EN13445；fatigueassessment；programdesign；codecomparison们的理念，并反映在标准文本中。在疲劳评定中，0引言多年来一直按照ASME标准中的由弹性应力分析方法得到的应力分类方法进行评定，然而在压力容器中，疲劳容器所占比例并不多，但EN1345_】在疲劳评定中提出了名义应力、结构是在标准和法规中，关于疲劳的分析设计、制造、应力和缺口应力的应力分类方法，并区分非焊接检验验收等相关内容却占相当大的篇幅。实际区与焊接区，以及采用了诸多修正因子，这种评定上，针对某台设备进行准确的疲劳评定确实是一方法在实际应用中尚有许多值得考虑的问题。为件具有挑战性的工作。人们对疲劳分析评定技术此，以某压力容器制造厂制造的脱水空气压力罐一直在进行研究，已经有许多研究成果在改变人为例，采用EN13445：2009《非受火压力容器》进 第30卷第1期压力容器第242期行了应力计算与疲劳评定。针对疲劳评定中迭代(1)温度修正：当母材或焊接接头的当量温程序设计、腐蚀裕量取舍、锻件疲劳评定方法等问度(T=0．75+O．25i)高于100℃时需要题进行了讨论，为EN13445在压力容器疲劳评定进行温度修正，温度修正因子用。表达。当低于中的应用提供了参考。文中还将评定结果与按照100cI=时，不需要温度修正，即温度修正因子．JB4732的评定结果进行了对比，为我国标准中疲=1。当设备运行温度达到或超过材料蠕变临界劳评定理念提出了值得考虑的问题。温度时，将会产生交互损伤，标准不再适用。(2)厚度修正：当厚度大于25mm时，需要进1EN13445疲劳评定方法简介行厚度修正，厚度修正因子为(对母材)或(对焊接接头)。母材的计算中涉及允许疲劳EN13445中关于疲劳分析的内容主要包括循环次数，而此数据为未知数，因此评定时需要迭两部分：疲劳寿命的简单评定和疲劳寿命的详细代运算。评定。简单评定方法应用比较方便，是基于公式(3)平均应力修正：根据最大应力的绝对值设计的延伸，适用于元件应力可以采用公式计算和应力全幅分为全平均应力修正和缩减平均应力得到的情况，并仅适用于压力载荷波动条件下，且修正两种，前者适用于最大应力绝对值小于屈服对压力波动的范围以及当量循环次数进行了限应力时(纯弹性状态)，后者适用于安定的弹塑性制。详细评定方法是一种通用方法，适用范围广，状态。当出现塑性循环时，不进行平均应力修正但此方法需要进行详细应力分析。(厂m=1)，而进行塑性修正。平均应力修正因子I厂mEN13445中疲劳寿命详细评定的主要特征与最大应力、应力全幅、平均应力、材料的屈服应是将非焊接区域和焊接区域加以区分，采用不同力和抗拉强度、允许循环次数等因素相关，评定时的评定方法计算疲劳寿命。由于认为焊接接头已需要迭代运算。经存在缺陷，因此，其疲劳评定采用了“结构应(4)表面粗糙度修正：获取母材疲劳曲线的力”，相当于普通结构分析中的“热点应力”。结试验中，采用的是光滑试样，因此实际疲劳评定构应力仅包括沿壁厚线性分布的应力(薄膜应时，需要根据实际的表面粗糙度进行修正(修正力、弯曲应力、剪切应力)，仅考虑总体结构不连因子为．)。的计算涉及表面粗糙度R、材料抗续的影响，不包括小缺口、焊趾等局部结构不连续拉强度和允许循环次数Ⅳ。如前所述，Ⅳ值是未引起的峰值应力。母材评定采用的是节点总应知数，评定中需要迭代运算。目前标准中给出的力。表面粗糙度修正因子的计算方法不适用于受深度疲劳寿命评定仍然沿用了传统的虚拟弹性应拉伸的元件(deepdrawncomponents)和锻件。力(幅)。疲劳曲线来源于光滑试样疲劳试验结果，但应力安全系数仅取I．5，循环次数安全系数2脱水空气压力罐疲劳评定取10，而ASME标准中分别为2和20。并且应力变化采用应力全幅(fullstressrange)，而不是传2．1设备情况简述统的应力半幅(thestressamplitude)，从数值上前脱水空气压力罐的主要设计参数如表1所者是后者的两倍。示。设备不保温，实际温度由介质和环境温度控疲劳寿命评定中采用了诸多修正因子，来表制。设备立置安装，主体结构由简体、上下椭圆封达实际构件与获取疲劳曲线时试验条件的差异。头、裙座、人孔和8个接管组成，筒体材料为其中，焊接接头需要温度修正和厚度修正；而对母P355GH板材，接管、法兰选用16Mn11锻件。设材，还需要进行平均应力修正和表面粗糙度修正；备简图(总体几何模型)如图1所示。对于非安定状态，还需要塑性修正。除了塑性修2．2计算分析模型正因子外，其余修正因子的值均在0—1之间。某由于需要评估地震载荷带来的影响，并考虑种因素不需要修正时，其修正因子值取1。总体某些接管相距比较近，分析中建立了如图1所示修正因子是所有修正因子的乘积，用于放大应力的“整体”模型，将筒体、封头、裙座、所有接管、法全幅，并求取允许疲劳循环次数。兰以及他们的细节结构均考虑在内，并约束了裙．61． 第30卷第1期压力容器第242期由表2检测结果可知：此规格的27件产品[2]JB／T4730．3—20o5，承压设备无损检测第3部分：中，第一次检测不合格率达到85％，返修后二次超声检测[S]．[3]赵欣刚，郭伟灿，黄文大，等．面积型缺陷方向性对检测不合格率为29％，所判缺陷为I类裂纹、未垂直接触法超声检测可靠性的影响[J]．压力容器，熔合、未焊透等危险性缺陷，70％的缺陷深度集中2012，29(7)：20—23，8．在焊缝根部45±5mm处，其余缺陷分布在各焊[4]夏智．对厚壁压力容器超声波周向检测工艺的分析层之间。基于以上无损检测信息的反馈，对于CV[J]．压力容器，2008，25(9)：61—62，43．补强板与贯穿件套筒管板焊缝的焊接，主要注意[5]SMCV—TD—WP一0030，CV贯穿件套简安装方案事项为避免根部未焊透和未熔合缺陷的产生。对(A版)[z]．’于此类缺陷，要严格依据wes(焊接工艺规程)中[6]西拉德(英)．超声检测新技术[M]，陈积懋，余南的电流大小和坡口角度的大小、对接间隙以及运廷，译．北京：科学出版社，1991．条角度、预热温度等因素的控制，并针对定量[7]郑辉．超声检测[M]．北京：中国劳动社会保障出版测得的主要缺陷加以分析总结，以提升产品焊缝社，2001：198—208[8]张俊哲．无损检测技术及其应用[M]．北京：科学出的质量水平。版社，1993：8—11．[9]黄嘉琥，高亮．压力容器用材的强度检测方向[J]．3结语压力容器，2012，29(1)：39—47．[10]金海军，王群京，张志勇，等．车用空压机在线快速cv补强板与贯穿件套筒管板焊缝的超声检检测的动态修正方法[J]．流体机械，2012，40(2)：测技术是一个比较复杂的检测技术，该技术在满41—45．足扫查覆盖的基础上必须综合考虑不同检测对象李守彬，杨新军，马中利，等．浅析质量管理体系在的结构特征和焊接缺陷特点等来制定超声检测技核工业无损检测部门的应用及特点[J]．无损检术J。该检测技术的难点和重点具体体现在测，2012，34(2)：49—51．需要选择两块ASME校验试块制作DAC曲线、共[12]MUNDRYE(德)．无损检测法确定缺陷的性质及大小的可能性和极限[J]，赵淑萍，张毅民，译．无涉及直探头和斜探头共计5种探头参数的选择、损检测，1986，(8)：49—53．模拟件的制作、人工缺陷的选择与制作、检测面的[13]杨恒，滕勤，沈允锿，等．超声波检漏技术应用于阀设定、缺陷的定量与分析、信号的分析等方面。在门气密封试验的探讨[J]．流体机械，2010，38(9)：综合考虑这些因素的情况下，形成有效的CV补56—58．14．强板与贯穿件套筒管板焊缝的超声检测技术。该技术难点的解决为今后出现此类无规程和工艺卡收稿日期：2012—10—10修稿日期：2012—12—12时的产品的检测提供了较好的思路和方案。作者简介：马占云(1963一)，男，工程师，讲师，主要从事核设备无损检测技术与培训工作，通信地址：265118山东参考文献：省烟台市海阳市临港产业区山东核电设备制造有限公司[1]ASMEV2001+2002增补，无损检测[S]检测中心，E—mail：mazhanyun@mai．snpemc．eom。(上接第63页)版社，2010．参考文献：[4]JB4732-1995(2005确认版)，钢制压力容器——『1]BSEN13445—3：2009，UnfiredPressureVessels—分析设计标准[s]．Part3：Design[S]．[5]ASMEBoilerandPressureVesselCodes，SectionⅧ，[2]GuyBAYLAC，DanielleKOPLEWICZ，EN13445“Un—Division2，2010Edition[S]．firedPressureVessels”BackgroundtotheRulesinPart3Design，Issue2，20August2004，http：／／wenku．收稿日期：2012—11—09修稿日期：2012—12—04baidu．tom．作者简介：谭蔚(1965一)，女，教授，博导，主要从事压力[3]约瑟夫L泽曼，弗朗茨·拉舍尔，塞巴斯蒂安·辛容器安全性能评价技术研究工作，通信地址：300072天津德勒．压力容器分析设计——直接法(第一版)市南开区卫津路92号天津大学化工学院，E—mail：wtan[M]，苏文献，刘应华，马宁等译．北京：化学工业出@tju．edu．en。．79·'