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风险评估在压力容器中的应用

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摘要:在化工设备的压力容器中,其设计的可靠性对化工业安全有着至关重要的影响。本文基于失效模式的风险评估在压力容器中的应用出发,对压力容器设计阶段所存在的风险评估过程加以阐述,并以此提出风险控制涉及到的方法、步骤。

关键词:失效模式;风险分析;风险评估;风险控制

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求,在对第Ⅲ类压力容器或者用户要求的其他压力容器,设计单位应当出具包括主要失效模式、风险控制等内容的风险评估报告。《移动式压力容器安全技术监察规程》有明确的规定,设计移动是压力容器时,务必要依照型号、可能运输方式,进行失效模式、风险控制等方面的评估。同时为了保证压力容器设计的可靠性,本文针对压力容器设计阶段涉及到的风险评估过程进行了阐述和方法分析。

1压力容器风险评估的基本过程

1.1压力容器的危险和风险分析

压力容器失效是发生在:所使用环境、时间范围内,由于材料性能、尺寸等方面发生变形或失去设计功能和寿命的状况下。由于压力容器本身的特殊性,其受压元件、安全附件等设计有可靠性功能的部分,是导致危险发生的关键因素。压力容器结构的强度、刚度、密封性、稳定性、耐蚀性任何一个环节出现失效,必然会引发潜在危险,带来爆炸、中毒、环境污染等严重后果。因此,在对压力容器的风险评估分析过程中,需要针对危险源种类、风险肯恩、风险评价准则、风险后果、风险控制措施等方面进行确认和建立。例如:腐蚀减薄、金相组织变化、机械损伤等方面问题带来的断裂、变形、破损等情况,会直接对危险源区域所在的人员带来危害,以及其他的破坏、损失。

1.2设计阶段

应关注的压力容器失效模式压力容器设计阶段,要考虑的失效模式主要指脆性断裂、韧性断裂、蠕变断裂、弹塑性失稳及疲劳失效、泄漏及腐蚀。设计思路方面,主要弹性失效、弹塑性失效、塑性失效、爆破失效、疲劳失效、失稳失效等准则。低温容器设计过程中,就必须要考虑到脆断失效;高温容器,则需对蠕变失效准则加以考虑;不锈钢压力容器则对应的是腐蚀失效。

1.2.1风险分析

计划内容在对压力容器失效风险分析计划过程中,应当从表1几个方面进行充分考虑。表格中涉及到的序号风险主体,实际上就是从风险子项来源危害项目的时机、判断衍生,比如:压力容器风险主体来源有以下几个方面:压力容器、配套设施、安全附件、使用工况、介质特性、作业人员状况、环境因素、操作标准、标准规范、其他等因素。每种风险主体来源都需要进行细分处理,这能对风险子项来源加以确定,比如压力容器自身所带来的相关风险,依据这部分风险列出设计条件、设计标准、材料零部件、结构分析、制造工艺、制造特殊要求、检验、子项要求等,最后对子项中任何存在的风险进行分析整理,指出其中存在的危害项目、时机,从而针对危害可能性、危害程度进行断定。事实上,上述的方法只属于定性分析法,在设计压力容器过程中,还要依据法律法律、安全标准、工程经验等,以此对危害所可能产生的要素进行检查,如果说要对某项危险因素存在进行否定,必须要提出充分依据、理由。1.2.2定性风险评价依据随着风险工程学研究持续深入,将安全指标SI值当做风险可接受准则基础,通过定量分析措施,将失效概率当做风险的接受准则,这是目前压力容器设计行业中所存在的难点。在压力容器的风险评估中,需要有评估准则和标准,例如:采取规则设计措施标准,来针对压力材料呈现出的许用应力最小安全系数进行确定,这属于常规风险评价措施;依照我国所施行的相关管理标准以及规范评价风险危害,也属于常用的评价依据。

1.2.3危害要素或失效模式及其形成原因

(压力容器所存在的危害要素进行确认以后,需要根据压力容器自身的结构强度、刚度、稳定性、特殊性能、安全附件可靠性,通过ISO/CD16528给出3大类、14种失效模式,按照《承压设备损伤模式识别》标准,进而将失效模式所对应的失效机理进行全面分析,找出设备、设施、材料、安全附件、环境因素……等直接、间接带来的失效原因,通过表2来进行失效模式阐述。对压力容器设计过程中,务必要考虑到任何可能出现的失效模式比如压力容器自身的最大应力、应力组合是否出现屈服,外压压应力是否已经到达失稳临界点,腐蚀失效对于厚度减薄的影响等。

1.2.4消除或降低风险的措施

所涉及到的危害项目,针对压力容器主要失效模式:爆炸、断裂、泄漏、腐蚀、损伤、过量变形或材料性能退化情况,要从设计制造、运行操作管理、检测维修以及预防外来损伤方面进行控制管理。例如:一台180m3规格的柴油加氢反应器,其中所存在的介质是氢气、硫化氢、柴油,其设计使用温度为430℃,压力为9.2MPa,12Cr2Mo1R是主要受压元件材料。按照其使用介质特性、工况,先将风险来源主体、子项目进行仔细分析后,对变形、破损、泄露、爆炸等风险子项目加以对照确认,如此便可以让危害部位得以确认,其损伤模式则为:均匀腐蚀、高温氧化、应力腐蚀;短时延性破坏、长时蠕变破坏、蠕变疲劳、过度变形、逐渐趋向于结构坍塌;压力容器用材料的石墨化、回火脆化等金相组织变化等;氢致裂纹、应力导向型氢致裂纹、应力腐蚀裂纹等。

1.2.5风险评估报告

内容风险评估报告内容应该包括:基本参数:所有可能工况的描述及其条件下任何可能的危害;标准上规定的失效模式,要对使用条款加以说明;标准中不存在的失效模式,要对设计载荷、安全系数、设计方法的依据进行选取;介质少量泄露、大量用处、爆炸装备处治要进行规定;移动压力容器上,还要规定交通事故处治措施,并且提出相关人员的防护措施。

2结语

综上所述,设计阶段将基于失效模式的风险评估应用在压力容器中,能够让设计人员掌握、总结更丰富的数据与经验,进而使得设计人员在压力容器系统设计上,能最大限度的避免风险,所有失效模式都能提出科学合理的分析、评估,并提出安全可靠的风险控制措施,这对于压力容器在设计使用寿命阶段安全运行消除隐患奠定基础。

参考文献:

[1]白健.Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估软件系统开发[D].兰州理工大学,2013.

[2]郭晓璐.承压设备设计阶段风险评估技术方法研究[D].兰州理工大学,2015.

[3]马欣,雒定明,伍开松,刘文广,秦光源.Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估与系统开发[J].天然气工业,2014,07:104~108.

作者:唐鹏飞 单位:浙江智钢化工机械有限公司

风险评估在压力容器中的应用责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次