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专利名称：一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法
技术领域：
本发明涉及一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，特别是一种含错边和角变形缺陷承压设备的定量风险分析的方法。
背景技术：
承压设备是指以压力为基本载荷涉及生命安全、危险性较大的压力容器、压力管道、锅炉、承压附件等。随着科学技术的进步和工业生产的发展，承压设备的使用范围日益广泛，目前承压设备己经成为化学工业，石油工业以及石油化工、煤炭、冶金、原子能、宇航、海洋工程、轻工、纺织、食品、城建等各个部门中的重要设备，确保其安全可靠地运行，对保障人民群众生命和财产安全、促进国民经济发展具有重要的意义。
基于风险的检验(Risk based inspection,简称RBI)是在追求系统安全性与经济性统一的理念基础上建立起来的一种优化检验策略的方法。此方法最早由美国石油协会于20世纪90年代提出和开展，之后引入中国，并应用于石化装置中，优化检验效率，在降低或至少维持等同风险水平的同时，延长设备的操作时间和运行周期，降低检修费用。API581标准中，总是假定设备是按照严格设计制造完成的，不存在任何原始超标缺陷。在中国这样的发展中国家，相当一部分承压设备由于各种各样的原因，设计、制造时遗留下了很多超出设计制造标准的缺陷，加之国内材料的性能不够稳定，使得因原始超标缺陷导致的设备事故屡见不鲜。中国专利“承压设备风险评价中以剩余寿命为表征参量的失效概率评价方法”，申请号CN200610039771. 7，介绍的就是一种以剩余寿命替代设计寿命为表征参量的承压设备的风险评价方法，对于含超标缺陷承压设备的风险分析，需要针对不同问题的多种方法符合计算，提高分析结论的准确性。承压设备在制造过程中，由于预弯、组装、焊接不当等原因，易产生错边和角变形缺陷。这些缺陷的存在引起了局部结构几何形状的不连续，并在不连续处造成高的附加弯曲应力。若引用API581对这些含有原始超标缺陷的承压设备进行风险分析时，并没有考虑这些缺陷对设备运行的影响，造成计算得到的风险值与实际情况可能有较大的差异。因此，用已有技术对含有错边和角变形缺陷的承压设备进行风险分析存在诸多不合理性。

发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法。为了解决上述技术问题，本发明公开了一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，采用错边和角变形缺陷参数修正定量风险分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的计算方法为F=FgX (Fe+Fg) XFm,其中，Ftj为同类设备平均失效概率，Fd为错边和角变形缺陷修正系数，Fe为设备修正系数，Fm管理修正系数。错边和角变形缺陷修正系数Fd的确定方法为(I)采用内外部宏观检验法测量承压设备中错边缺陷的错边量、角变形缺陷的角尖峰的高度；(2)确定承压设备产生错边和角变形缺陷处的应力；
(3)确定基于错边和角变形缺陷确定诱发的弯曲应力对压力载荷引起的薄膜应力的比值Rb ；(4)确定基于错边和角变形缺陷确定诱发的弯曲应力对附加载荷引起的薄膜应力的比值Rbs ；(5)确定剩余强度系数RSF ；(6)建立待评价承压设备的失效方程，采用如下公式Z=RSF-RSFa,RSFa表示允许的剩余强度系数，RSFa在国际标准《API579》2-7中查得。(7)基于蒙特卡洛法计算含错边和角变形缺陷的失效概率Pf ；(8)确定含错边和角变形缺陷的修正系数Fd值。步骤(7)包括以下步骤(a)采用蒙特卡洛法计算待评价承压设备的失效可能性，确定随机参数的分布类型(在承压设备缺陷的分析中，主要用到的分布形式有正态分布、对数正态分布、指数分布和威布尔分布)及模拟次数N (蒙特卡洛法是一种利用计算机通过抽样试验求近似解的方法，模拟结果的精度直接与模拟次数有关。实践证明，对于一般的工程技术问题，模拟次数N取为3000飞000次即可满足工程精度要求)，参数包括承压设备的内径、壁厚、内压、许用应力(根据承压设备的说明书可以查到的参数)、错边缺陷的错边量和角变形缺陷的角尖峰的高度；(b)采用步骤(a)中的参数，根据各参数分布值(由计算机根据该参数确定的分布类型生成该参数的值)依次重复计算步骤(2广(6)直到N次，模拟结束；(c)得到失效方程值Z小于0的次数值X，采用如下公式计算含错边和角变形缺陷的失效概率Pf Pf=X/N。步骤(8)中采用如下公式计算含错边和角变形缺陷的修正系数Fd，FD=Pf/Fc其中Fc表示累计通用失效可能性。Fc在国际标准《API 581 2008》中查得。有益效果本发明是一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，引入了错边和角变形缺陷修正因子，避免了 API581标准中未考虑错边和角变形缺陷的局限，使得含有错边和角变形缺陷的承压设备在风险分析过程中的计算结果更加精确。该发明在基于风险的检验的基础上，通过对缺陷尺寸的确定，方便快捷地得到与之对应的修正因子数。在目前存在超标缺陷的情况下，采用本方法对设备进行风险分析，测得的风险值与实际情况相似度较高，降低了设备安全隐患，减少了事故发生。本发明考虑了错边和角变形缺陷对承压设备的影响，引入的修正因子FD，使得风险分析的结果更加精确，优化了检验策略，提高了检验效率，在对承压设备检验维修时更有针对性也更加合理，延长设备的操作时间和运行周期，降低检修费用。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图I为本发明定量风险分析的流程示意图。图2为本发明中承压设备风险分析加权调整系数构成图。图3为本发明中错边缺陷的结构示意图。图4为本发明中角变形缺陷的结构示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，采用错边和角变形缺陷参数修正定量风险分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的计算方法为F=FgX (Fe+Fd) XFm,其中，Ftj为同类设备平均失效概率，Fd为错边和角变形缺陷修正系数，Fe为设备修正系数，Fm管理修正系数。错边和角变形缺陷修正系数Fd的确定方法(以球罐为例)(I)采用内外部宏观检验法测量承压设备中发生错边和角变形缺陷尺寸；所述的内外部宏观检验法(《特种设备焊接技术》作为参考资料)，用肉眼或5 10陪放大镜来检测并用直尺或专用量具测量错边和角变形缺陷，错边缺陷的错边量e和角变形缺陷的角尖峰的高度S。(2)确定承压设备发生错边和角变形缺陷处的应力，采用如下公式，(2. I)确定承压设备发生错边和角变形缺陷处的薄膜应力，采用如下公式，CF =——(—卜0.2)，通过查阅国际标准《API579》表A-7得到，
Ih I(2. 2)若存在附加载荷，确定承压设备发生错边和角变形缺陷处的薄膜应力和弯曲应力的合力，采用如下公式，
P M一CTms = —+ —，通过查阅国际标准《API579》8-7得到，
A Z其中，O m表示薄膜应力，P表示承压设备实际承受载荷，R表示承压设备筒体或球体的半径，t表示承压设备的壁厚，E表示焊接系数，F表示断面净轴向力，A表示金属横截面积，M表示净截面弯矩，Z表示金属截面的截面模数；(3)基于错边和角变形缺陷确定诱发的弯曲应力对压力载荷引起的薄膜应力的比值(3. I)基于错边量确定诱发的弯曲应力相对于薄膜应力的比值，采用如下公式，
RhSCJC =9.6291(10 ) + 3.0791(-—-*)*-0.24587(----)2 +0.025734(-—*)3 +
I-FCAi-FCAI-FCA
权利要求
1.一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，其特征在于，采用错边和角变形缺陷参数修正定量风险分析RBI中的失效可能性； 所述失效可能性F的计算方法为F=FgX (Fe+Fd) XFm, 其中，Fcj为同类设备平均失效概率，Fd为错边和角变形缺陷修正系数，Fe为设备修正系数，Fm管理修正系数。
2.根据权利要求I所述的评价方法，其特征在于，错边和角变形缺陷修正系数Fd的确定方法为 (1)测量承压设备中错边缺陷的错边量、角变形缺陷的角尖峰的高度； (2)确定承压设备产生错边和角变形缺陷处的应力； (3)确定基于错边和角变形缺陷确定诱发的弯曲应力对压力载荷引起的薄膜应力的比值Rb ； (4)确定基于错边和角变形缺陷确定诱发的弯曲应力对附加载荷引起的薄膜应力的比值 Rbs; (5)确定剩余强度系数RSF； (6)建立待评价承压设备的失效方程，采用如下公式Z=RSF-RSFa, RSFa表示允许的剩余强度系数； (7)基于蒙特卡洛法计算含错边和角变形缺陷的失效概率Pf； (8)确定含错边和角变形缺陷的修正系数Fd值。
3.根据权利要求2所述的评价方法，其特征在于，步骤(7)包括以下步骤(a)采用蒙特卡洛法计算待评价承压设备的失效可能性，确定参数的分布类型，包括正态分布、对数正态分布、对数分布和威布尔分布，及设定模拟次数N，N取值范围为自然数，参数包括承压设备的内径、壁厚、内压、许用应力、错边缺陷的错边量和角变形缺陷的角尖峰的高度； (b)采用步骤(a)中的参数，根据各参数分布值，依次重复计算步骤(2广(6)直到N次，模拟结束； (c)得到失效方程值Z小于O的次数值X，采用如下公式计算含错边和角变形缺陷的失效概率Pf Pf=X/N。
4.根据权利要求3所述的评价方法，其特征在于，步骤(8)中采用如下公式计算含错边和角变形缺陷的修正系数Fd， FD=Pf/Fc 其中FC表示累计通用失效可能性。
全文摘要
本发明公开了一种承压设备的定量风险分析中的失效可能性评价方法，采用错边和角变形缺陷参数修正定量风险分析RBI中的失效可能性；所述失效可能性F的计算方法为F=FG×(FE+FD)×FM，其中，FG为同类设备平均失效概率，FD为错边和角变形缺陷修正系数，FE为设备修正系数，FM管理修正系数。本发明引入了错边和角变形缺陷修正因子，避免了API581标准中未考虑错边和角变形缺陷的局限，使得含有错边和角变形缺陷的承压设备在风险分析过程中的计算结果更加精确。该发明在基于风险的检验的基础上，通过对缺陷尺寸的确定，方便快捷地得到与之对应的修正因子数。
文档编号G01M99/00GK102798539SQ20121028159
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者赵建平, 肖凌桀, 潘硕 申请人:南京工业大学