專利名稱：一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，特別是一種含錯(cuò)邊和角變形缺陷承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析的方法。
背景技術(shù)：
承壓設(shè)備是指以壓力為基本載荷涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的壓力容器、壓力管道、鍋爐、承壓附件等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，承壓設(shè)備的使用范圍日益廣泛，目前承壓設(shè)備己經(jīng)成為化學(xué)工業(yè)，石油工業(yè)以及石油化工、煤炭、冶金、原子能、宇航、海洋工程、輕工、紡織、食品、城建等各個(gè)部門中的重要設(shè)備，確保其安全可靠地運(yùn)行，對(duì)保障人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。
基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(Risk based inspection,簡(jiǎn)稱RBI)是在追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的理念基礎(chǔ)上建立起來的一種優(yōu)化檢驗(yàn)策略的方法。此方法最早由美國(guó)石油協(xié)會(huì)于20世紀(jì)90年代提出和開展，之后引入中國(guó)，并應(yīng)用于石化裝置中，優(yōu)化檢驗(yàn)效率，在降低或至少維持等同風(fēng)險(xiǎn)水平的同時(shí)，延長(zhǎng)設(shè)備的操作時(shí)間和運(yùn)行周期，降低檢修費(fèi)用。API581標(biāo)準(zhǔn)中，總是假定設(shè)備是按照嚴(yán)格設(shè)計(jì)制造完成的，不存在任何原始超標(biāo)缺陷。在中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家，相當(dāng)一部分承壓設(shè)備由于各種各樣的原因，設(shè)計(jì)、制造時(shí)遺留下了很多超出設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，加之國(guó)內(nèi)材料的性能不夠穩(wěn)定，使得因原始超標(biāo)缺陷導(dǎo)致的設(shè)備事故屢見不鮮。中國(guó)專利“承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中以剩余壽命為表征參量的失效概率評(píng)價(jià)方法”，申請(qǐng)?zhí)朇N200610039771. 7，介紹的就是一種以剩余壽命替代設(shè)計(jì)壽命為表征參量的承壓設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)于含超標(biāo)缺陷承壓設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)分析，需要針對(duì)不同問題的多種方法符合計(jì)算，提高分析結(jié)論的準(zhǔn)確性。承壓設(shè)備在制造過程中，由于預(yù)彎、組裝、焊接不當(dāng)?shù)仍?，易產(chǎn)生錯(cuò)邊和角變形缺陷。這些缺陷的存在引起了局部結(jié)構(gòu)幾何形狀的不連續(xù)，并在不連續(xù)處造成高的附加彎曲應(yīng)力。若引用API581對(duì)這些含有原始超標(biāo)缺陷的承壓設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，并沒有考慮這些缺陷對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，造成計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)值與實(shí)際情況可能有較大的差異。因此，用已有技術(shù)對(duì)含有錯(cuò)邊和角變形缺陷的承壓設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析存在諸多不合理性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，采用錯(cuò)邊和角變形缺陷參數(shù)修正定量風(fēng)險(xiǎn)分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的計(jì)算方法為F=FgX (Fe+Fg) XFm,其中，F(xiàn)tj為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)d為錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)，F(xiàn)e為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)Fd的確定方法為(I)采用內(nèi)外部宏觀檢驗(yàn)法測(cè)量承壓設(shè)備中錯(cuò)邊缺陷的錯(cuò)邊量、角變形缺陷的角尖峰的高度；(2)確定承壓設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)邊和角變形缺陷處的應(yīng)力；
(3)確定基于錯(cuò)邊和角變形缺陷確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力對(duì)壓力載荷引起的薄膜應(yīng)力的比值Rb ；(4)確定基于錯(cuò)邊和角變形缺陷確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力對(duì)附加載荷引起的薄膜應(yīng)力的比值Rbs ；(5)確定剩余強(qiáng)度系數(shù)RSF ；(6)建立待評(píng)價(jià)承壓設(shè)備的失效方程，采用如下公式Z=RSF-RSFa,RSFa表示允許的剩余強(qiáng)度系數(shù)，RSFa在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《API579》2-7中查得。(7)基于蒙特卡洛法計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的失效概率Pf ；(8)確定含錯(cuò)邊和角變形缺陷的修正系數(shù)Fd值。步驟(7)包括以下步驟(a)采用蒙特卡洛法計(jì)算待評(píng)價(jià)承壓設(shè)備的失效可能性，確定隨機(jī)參數(shù)的分布類型(在承壓設(shè)備缺陷的分析中，主要用到的分布形式有正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布)及模擬次數(shù)N (蒙特卡洛法是一種利用計(jì)算機(jī)通過抽樣試驗(yàn)求近似解的方法，模擬結(jié)果的精度直接與模擬次數(shù)有關(guān)。實(shí)踐證明，對(duì)于一般的工程技術(shù)問題，模擬次數(shù)N取為3000飛000次即可滿足工程精度要求)，參數(shù)包括承壓設(shè)備的內(nèi)徑、壁厚、內(nèi)壓、許用應(yīng)力(根據(jù)承壓設(shè)備的說明書可以查到的參數(shù))、錯(cuò)邊缺陷的錯(cuò)邊量和角變形缺陷的角尖峰的高度；(b)采用步驟(a)中的參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)分布值(由計(jì)算機(jī)根據(jù)該參數(shù)確定的分布類型生成該參數(shù)的值)依次重復(fù)計(jì)算步驟(2廣(6)直到N次，模擬結(jié)束；(c)得到失效方程值Z小于0的次數(shù)值X，采用如下公式計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的失效概率Pf Pf=X/N。步驟(8)中采用如下公式計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的修正系數(shù)Fd，F(xiàn)D=Pf/Fc其中Fc表示累計(jì)通用失效可能性。Fc在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《API 581 2008》中查得。有益效果本發(fā)明是一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，引入了錯(cuò)邊和角變形缺陷修正因子，避免了 API581標(biāo)準(zhǔn)中未考慮錯(cuò)邊和角變形缺陷的局限，使得含有錯(cuò)邊和角變形缺陷的承壓設(shè)備在風(fēng)險(xiǎn)分析過程中的計(jì)算結(jié)果更加精確。該發(fā)明在基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)缺陷尺寸的確定，方便快捷地得到與之對(duì)應(yīng)的修正因子數(shù)。在目前存在超標(biāo)缺陷的情況下，采用本方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，測(cè)得的風(fēng)險(xiǎn)值與實(shí)際情況相似度較高，降低了設(shè)備安全隱患，減少了事故發(fā)生。本發(fā)明考慮了錯(cuò)邊和角變形缺陷對(duì)承壓設(shè)備的影響，引入的修正因子FD，使得風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果更加精確，優(yōu)化了檢驗(yàn)策略，提高了檢驗(yàn)效率，在對(duì)承壓設(shè)備檢驗(yàn)維修時(shí)更有針對(duì)性也更加合理，延長(zhǎng)設(shè)備的操作時(shí)間和運(yùn)行周期，降低檢修費(fèi)用。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖I為本發(fā)明定量風(fēng)險(xiǎn)分析的流程示意圖。圖2為本發(fā)明中承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析加權(quán)調(diào)整系數(shù)構(gòu)成圖。圖3為本發(fā)明中錯(cuò)邊缺陷的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中角變形缺陷的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，采用錯(cuò)邊和角變形缺陷參數(shù)修正定量風(fēng)險(xiǎn)分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的計(jì)算方法為F=FgX (Fe+Fd) XFm,其中，F(xiàn)tj為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)d為錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)，F(xiàn)e為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)Fd的確定方法(以球罐為例)(I)采用內(nèi)外部宏觀檢驗(yàn)法測(cè)量承壓設(shè)備中發(fā)生錯(cuò)邊和角變形缺陷尺寸；所述的內(nèi)外部宏觀檢驗(yàn)法(《特種設(shè)備焊接技術(shù)》作為參考資料)，用肉眼或5 10陪放大鏡來檢測(cè)并用直尺或?qū)Ｓ昧烤邷y(cè)量錯(cuò)邊和角變形缺陷，錯(cuò)邊缺陷的錯(cuò)邊量e和角變形缺陷的角尖峰的高度S。(2)確定承壓設(shè)備發(fā)生錯(cuò)邊和角變形缺陷處的應(yīng)力，采用如下公式，(2. I)確定承壓設(shè)備發(fā)生錯(cuò)邊和角變形缺陷處的薄膜應(yīng)力，采用如下公式，CF =——(—卜0.2)，通過查閱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《API579》表A-7得到，
Ih I(2. 2)若存在附加載荷，確定承壓設(shè)備發(fā)生錯(cuò)邊和角變形缺陷處的薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的合力，采用如下公式，
P M一CTms = —+ —，通過查閱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《API579》8-7得到，
A Z其中，O m表示薄膜應(yīng)力，P表示承壓設(shè)備實(shí)際承受載荷，R表示承壓設(shè)備筒體或球體的半徑，t表示承壓設(shè)備的壁厚，E表示焊接系數(shù)，F(xiàn)表示斷面凈軸向力，A表示金屬橫截面積，M表示凈截面彎矩，Z表示金屬截面的截面模數(shù)；(3)基于錯(cuò)邊和角變形缺陷確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力對(duì)壓力載荷引起的薄膜應(yīng)力的比值(3. I)基于錯(cuò)邊量確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力相對(duì)于薄膜應(yīng)力的比值，采用如下公式，
RhSCJC =9.6291(10 ) + 3.0791(-—-*)*-0.24587(----)2 +0.025734(-—*)3 +
I-FCAi-FCAI-FCA
權(quán)利要求
1.一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，采用錯(cuò)邊和角變形缺陷參數(shù)修正定量風(fēng)險(xiǎn)分析RBI中的失效可能性； 所述失效可能性F的計(jì)算方法為F=FgX (Fe+Fd) XFm, 其中，F(xiàn)cj為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)d為錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)，F(xiàn)e為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)m管理修正系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)Fd的確定方法為 (1)測(cè)量承壓設(shè)備中錯(cuò)邊缺陷的錯(cuò)邊量、角變形缺陷的角尖峰的高度； (2)確定承壓設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)邊和角變形缺陷處的應(yīng)力； (3)確定基于錯(cuò)邊和角變形缺陷確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力對(duì)壓力載荷引起的薄膜應(yīng)力的比值Rb ； (4)確定基于錯(cuò)邊和角變形缺陷確定誘發(fā)的彎曲應(yīng)力對(duì)附加載荷引起的薄膜應(yīng)力的比值 Rbs; (5)確定剩余強(qiáng)度系數(shù)RSF； (6)建立待評(píng)價(jià)承壓設(shè)備的失效方程，采用如下公式Z=RSF-RSFa, RSFa表示允許的剩余強(qiáng)度系數(shù)； (7)基于蒙特卡洛法計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的失效概率Pf； (8)確定含錯(cuò)邊和角變形缺陷的修正系數(shù)Fd值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟(7)包括以下步驟(a)采用蒙特卡洛法計(jì)算待評(píng)價(jià)承壓設(shè)備的失效可能性，確定參數(shù)的分布類型，包括正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、對(duì)數(shù)分布和威布爾分布，及設(shè)定模擬次數(shù)N，N取值范圍為自然數(shù)，參數(shù)包括承壓設(shè)備的內(nèi)徑、壁厚、內(nèi)壓、許用應(yīng)力、錯(cuò)邊缺陷的錯(cuò)邊量和角變形缺陷的角尖峰的高度； (b)采用步驟(a)中的參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)分布值，依次重復(fù)計(jì)算步驟(2廣(6)直到N次，模擬結(jié)束； (c)得到失效方程值Z小于O的次數(shù)值X，采用如下公式計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的失效概率Pf Pf=X/N。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟(8)中采用如下公式計(jì)算含錯(cuò)邊和角變形缺陷的修正系數(shù)Fd， FD=Pf/Fc 其中FC表示累計(jì)通用失效可能性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種承壓設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)分析中的失效可能性評(píng)價(jià)方法，采用錯(cuò)邊和角變形缺陷參數(shù)修正定量風(fēng)險(xiǎn)分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的計(jì)算方法為F=FG×(FE+FD)×FM，其中，F(xiàn)G為同類設(shè)備平均失效概率，F(xiàn)D為錯(cuò)邊和角變形缺陷修正系數(shù)，F(xiàn)E為設(shè)備修正系數(shù)，F(xiàn)M管理修正系數(shù)。本發(fā)明引入了錯(cuò)邊和角變形缺陷修正因子，避免了API581標(biāo)準(zhǔn)中未考慮錯(cuò)邊和角變形缺陷的局限，使得含有錯(cuò)邊和角變形缺陷的承壓設(shè)備在風(fēng)險(xiǎn)分析過程中的計(jì)算結(jié)果更加精確。該發(fā)明在基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)缺陷尺寸的確定，方便快捷地得到與之對(duì)應(yīng)的修正因子數(shù)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102798539SQ20121028159
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者趙建平, 肖凌桀, 潘碩 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)