氨制冷壓力管道危險因素分析與檢驗

1、氨制冷壓力管道氨制冷壓力管道危險因素分析與檢驗危險因素分析與檢驗林衛(wèi)平林衛(wèi)平一、引言n1 1、近年來氨制冷壓力管道事故多發(fā)，一些事故引起、近年來氨制冷壓力管道事故多發(fā)，一些事故引起群死群傷，已經引起各方面的重視，群死群傷，已經引起各方面的重視，20132013年年以來，以來，各地都開展了涉氨壓力管道整治工作，但因管道停各地都開展了涉氨壓力管道整治工作，但因管道停機檢驗給使用單位帶來的不變，嚴重地影響了檢驗機檢驗給使用單位帶來的不變，嚴重地影響了檢驗工作的開展。工作的開展。n2 2、按照、按照6161號文的規(guī)定，大部分冷庫壓力管道檢驗后號文的規(guī)定，大部分冷庫壓力管道檢驗后將被判為不合格，大批冷庫

2、的停用會帶來不少的經將被判為不合格，大批冷庫的停用會帶來不少的經濟損失，也可能出現一些不穩(wěn)定因素。濟損失，也可能出現一些不穩(wěn)定因素。n3 3、通過在線或停機檢驗，對壓力管道安全狀況做以、通過在線或停機檢驗，對壓力管道安全狀況做以綜合判斷，分門別類制定有針對性的整改要求，提綜合判斷，分門別類制定有針對性的整改要求，提升一批，整改一批，關停一批，才能達到最佳效果。升一批，整改一批，關停一批，才能達到最佳效果。n4 4、仁壽縣仁壽縣4.214.21事故事故5 5、上海翁牌事故、上海翁牌事故n8 8月月3131日日8 8時左右，翁牌公司員工陸續(xù)進入加工車間作業(yè)。時左右，翁牌公司員工陸續(xù)進入加工車間作業(yè)

3、。至至1010時時4040分，約分，約2424人在單凍機生產線區(qū)域作業(yè)，人在單凍機生產線區(qū)域作業(yè)，3838人在人在水產加工整理車間作業(yè)。約水產加工整理車間作業(yè)。約1010時時4545分，氨壓縮機房操作分，氨壓縮機房操作工潘澤旭在氨調節(jié)站進行熱氨融霜作業(yè)。工潘澤旭在氨調節(jié)站進行熱氨融霜作業(yè)。1010時時4848分分2020秒秒起，單凍機生產線區(qū)域內的監(jiān)控錄像顯示現場陸續(xù)發(fā)生起，單凍機生產線區(qū)域內的監(jiān)控錄像顯示現場陸續(xù)發(fā)生約約7 7次輕微震動，單次震動持續(xù)時間約次輕微震動，單次震動持續(xù)時間約1 1至至6 6秒不等。秒不等。1010時時5050分分1515秒，正在進行融霜作業(yè)的單凍機回氣集管北端秒，

4、正在進行融霜作業(yè)的單凍機回氣集管北端管帽脫落，導致氨泄漏。事故造成管帽脫落，導致氨泄漏。事故造成1515人死亡，人死亡，7 7人重傷，人重傷，1818人輕傷。人輕傷。n事故直接原因是，嚴重違規(guī)采用熱氨融霜方式，導致發(fā)事故直接原因是，嚴重違規(guī)采用熱氨融霜方式，導致發(fā)生液錘現象，壓力瞬間升高，致使存有嚴重焊接缺陷的生液錘現象，壓力瞬間升高，致使存有嚴重焊接缺陷的單凍機回氣集管管帽脫落，造成氨泄漏。單凍機回氣集管管帽脫落，造成氨泄漏。 n事故間接原因事故間接原因 涉及翁牌公司：涉及翁牌公司：n（1 1）違規(guī)設計、違規(guī)施工和違規(guī)生產。在主體）違規(guī)設計、違規(guī)施工和違規(guī)生產。在主體建筑的南、西、北側，建設

5、違法構筑物，并將建筑的南、西、北側，建設違法構筑物，并將設備設施移至西側構筑物內組織生產。設備設施移至西側構筑物內組織生產。n（2 2）主體建筑竣工驗收后，擅自改變功能布局。）主體建筑竣工驗收后，擅自改變功能布局。將原單凍機生產線區(qū)域、預留的水產精深加工將原單凍機生產線區(qū)域、預留的水產精深加工區(qū)域及部分水產加工整理車間改為冷庫等。區(qū)域及部分水產加工整理車間改為冷庫等。n（3 3）水融霜設備缺失，無法按規(guī)程進行水融霜）水融霜設備缺失，無法按規(guī)程進行水融霜作業(yè)；無單凍機熱氨融霜的操作規(guī)程，違規(guī)進作業(yè)；無單凍機熱氨融霜的操作規(guī)程，違規(guī)進行熱氨融霜。行熱氨融霜。n（4 4）氨調節(jié)站布局不合理。操作人員

6、在熱氨融）氨調節(jié)站布局不合理。操作人員在熱氨融霜控制閥門時，無法同時對融霜的關鍵計量設霜控制閥門時，無法同時對融霜的關鍵計量設備進行監(jiān)測。備進行監(jiān)測。n（5 5）氨制冷設備及其管道附近，設置加工車間）氨制冷設備及其管道附近，設置加工車間組織生產。組織生產。n6 6、乳山合和食品、乳山合和食品11.2811.28事故事故n20132013年年1111月月2828日日1717時時1313分，山東省乳山合和食分，山東省乳山合和食品有限公司發(fā)生氨泄漏事故，造成品有限公司發(fā)生氨泄漏事故，造成1313人中毒，人中毒，其中其中7 7人經搶救無效死亡，人經搶救無效死亡，1 1人危重，人危重，3 3人傷勢較人傷

7、勢較重，重，2 2人輕傷。人輕傷。n事故發(fā)生的直接原因事故發(fā)生的直接原因 n在回氣管道布置和安裝存在缺陷的情況下，制在回氣管道布置和安裝存在缺陷的情況下，制冷操作工嚴重違犯熱氨融霜安全操作規(guī)程，導冷操作工嚴重違犯熱氨融霜安全操作規(guī)程，導致發(fā)生液錘現象，致使存在焊接缺陷的單凍機致發(fā)生液錘現象，致使存在焊接缺陷的單凍機回氣集管與封頭連接處的焊縫開裂，導致封頭回氣集管與封頭連接處的焊縫開裂，導致封頭脫落，造成氨泄漏。脫落，造成氨泄漏。 二、氨壓縮制冷原理n1、基本要件n最簡單的制冷系統由四大要件組成：壓縮機；冷凝器；節(jié)流閥；蒸發(fā)器；2 2、簡化的氨制冷系統、簡化的氨制冷系統n 3 3、冷庫制冷系統常

8、見設備、冷庫制冷系統常見設備n氨制冷壓縮機n作用：作用：對制冷劑作功，使其能在系統中完成循環(huán)對制冷劑作功，使其能在系統中完成循環(huán)中間冷卻器中間冷卻器n作用：作用：降低低壓級的排氣溫度；分離低壓級排氣降低低壓級的排氣溫度；分離低壓級排氣中所夾帶的潤滑油；冷卻蛇形盤管內的制冷劑使中所夾帶的潤滑油；冷卻蛇形盤管內的制冷劑使其過冷。其過冷。冷凝器冷凝器n作用：作用：排出熱量使制冷劑由氣態(tài)凝結為液態(tài)排出熱量使制冷劑由氣態(tài)凝結為液態(tài) 油分離器油分離器作用：作用：將壓縮機排氣中的潤滑油分離出來將壓縮機排氣中的潤滑油分離出來高壓儲液器高壓儲液器n作用：作用： 貯存從冷凝器來的液體制冷劑，保證冷凝器的傳貯存從冷

9、凝器來的液體制冷劑，保證冷凝器的傳熱面積得以充分發(fā)揮；供應和調節(jié)制冷系統內各部分設備熱面積得以充分發(fā)揮；供應和調節(jié)制冷系統內各部分設備的液體循環(huán)量，一適應工況變動的需要；起液封作用，防的液體循環(huán)量，一適應工況變動的需要；起液封作用，防止高壓側氣體竄到低壓系統而造成事故止高壓側氣體竄到低壓系統而造成事故空氣分離器空氣分離器n作用：作用：排除制冷系統中的空氣及其它不凝性氣體。排除制冷系統中的空氣及其它不凝性氣體。低壓循環(huán)桶低壓循環(huán)桶n低壓循環(huán)桶：低壓循環(huán)桶：將節(jié)流后的閃發(fā)氣體和回氣攜帶的液滴分將節(jié)流后的閃發(fā)氣體和回氣攜帶的液滴分離，讓液體進入冷卻設備，提高傳熱效率。離，讓液體進入冷卻設備，提高傳熱

10、效率。緊急泄氨器緊急泄氨器n作用：作用：緊急情況下使系統中的氨與水混合后排出緊急情況下使系統中的氨與水混合后排出4 4、氨的有關參數、氨的有關參數 n 三、氣液兩相流動簡介n1、在氣液兩相流的管路中，由于各相流體的流速不同，管路邊界條件的變化等原因，氣相與液相之間，可以有各種連續(xù)、不連續(xù)的流動，如層狀流、環(huán)狀流、彈形流、攪拌流或塞狀流。當管路中形成液塞或氣塞，會對流體的正常流動形成阻塞，這些阻塞有時是在瞬間產生的，類似于閥門的迅速關閉，會引起液擊現象。 2 2、水平直管內兩相流的六種流型、水平直管內兩相流的六種流型 3 3、垂直管的流型、垂直管的流型4 4、液擊的產生及危害、液擊的產生及危害n

11、我們知道，當液體在管道中流動閥門突我們知道，當液體在管道中流動閥門突然關閉或泵因故突然停止工作，使流體然關閉或泵因故突然停止工作，使流體流速急劇變化時，管內壓強會發(fā)生大幅流速急劇變化時，管內壓強會發(fā)生大幅度交替升降。這種變化以一定的速度向度交替升降。這種變化以一定的速度向上游或下游傳播，并且在邊界上發(fā)生反上游或下游傳播，并且在邊界上發(fā)生反射，其強大的作用力可破壞閥門、管道射，其強大的作用力可破壞閥門、管道等，這種現象叫作等，這種現象叫作液擊。液擊。n液擊能激發(fā)管系的振動。液擊能激發(fā)管系的振動。 n產生液擊現象的原因是由于液體存在慣性產生液擊現象的原因是由于液體存在慣性和可壓縮性，其實質是由于管

12、道內流體流和可壓縮性，其實質是由于管道內流體流速的改變，導致流體的動量發(fā)生急劇改變速的改變，導致流體的動量發(fā)生急劇改變而引起作用力變化的結果。輸送濕蒸汽或而引起作用力變化的結果。輸送濕蒸汽或者氣體的管道中，有時會積存少量液體，者氣體的管道中，有時會積存少量液體，當閥門突然打開，氣（汽）就會推動液塞當閥門突然打開，氣（汽）就會推動液塞沖入管路，造成對管路、閥門等的破壞，沖入管路，造成對管路、閥門等的破壞，也是屬于液擊。也是屬于液擊。n在氣液兩相流的管路中，當管路中形成液在氣液兩相流的管路中，當管路中形成液塞或氣塞，會對流體的正常流動形成阻塞，塞或氣塞，會對流體的正常流動形成阻塞，這些阻塞有時是在

13、瞬間產生的，類似于閥這些阻塞有時是在瞬間產生的，類似于閥門的迅速關閉，會引起液擊現象。門的迅速關閉，會引起液擊現象。 n由于氣液兩相流動中各種參數變化復雜，由于氣液兩相流動中各種參數變化復雜，可能短時間內形成上述多次（個）液擊，可能短時間內形成上述多次（個）液擊，產生一系列多源性液擊波在管路中傳播。產生一系列多源性液擊波在管路中傳播。多源性液擊波疊加的結果可能產生兩種多源性液擊波疊加的結果可能產生兩種情況，一是互相消弱，一是互相加強，情況，一是互相消弱，一是互相加強，甚至發(fā)生共振。在諸波出現共振的情況甚至發(fā)生共振。在諸波出現共振的情況下，就可能使管路中的壓力升高到原來下，就可能使管路中的壓力升

14、高到原來的幾十倍甚至幾百倍，形成破壞力遠遠的幾十倍甚至幾百倍，形成破壞力遠遠大于單波源液擊的復合波液擊。有報道，大于單波源液擊的復合波液擊。有報道，某單位鍋爐房蒸汽總管發(fā)生液擊（水錘）某單位鍋爐房蒸汽總管發(fā)生液擊（水錘）事故，其液擊壓力升值是正常運行壓力事故，其液擊壓力升值是正常運行壓力的的288.32288.32倍（倍（管道中氣一水錘探管道中氣一水錘探討討）。）。 n液體在長的低溫垂直輸送管路中，由于液體在長的低溫垂直輸送管路中，由于液體汽化產生汽泡，汽泡不斷增多并聚液體汽化產生汽泡，汽泡不斷增多并聚集堵塞管路，最終將液柱擠出管路產生集堵塞管路，最終將液柱擠出管路產生噴發(fā)的現象稱之為間歇泉現

15、象。這種現噴發(fā)的現象稱之為間歇泉現象。這種現象導致低溫液體產生類似液擊的壓力波象導致低溫液體產生類似液擊的壓力波動，會對供應管道、閥門和管路造成結動，會對供應管道、閥門和管路造成結構性損害。構性損害。 n有資料介紹（有資料介紹（彎管中的氣液兩相流水彎管中的氣液兩相流水擊現象擊現象），氣液兩相流中液擊波在彎），氣液兩相流中液擊波在彎管中的傳播與在直管中明顯不同，液擊管中的傳播與在直管中明顯不同，液擊壓力在彎管外側大（高于進口）、內側壓力在彎管外側大（高于進口）、內側小，但出彎管后這種內外差別很快消失。小，但出彎管后這種內外差別很快消失。彎管內外側壓差的大小與表觀液速及含彎管內外側壓差的大小與表觀

16、液速及含氣率有關。經過彎管液擊壓力衰減比在氣率有關。經過彎管液擊壓力衰減比在直管中快，其衰減程度與含氣率有關。直管中快，其衰減程度與含氣率有關。5 5、氨壓縮制冷系統中，各管路可能產生、氨壓縮制冷系統中，各管路可能產生液擊的情況分析液擊的情況分析n1 1）高溫氣氨管路。正常工作時，管內為）高溫氣氨管路。正常工作時，管內為氣體，密度低，不會出現液擊。但在壓氣體，密度低，不會出現液擊。但在壓縮機啟動時，如果管路安裝坡度有問題，縮機啟動時，如果管路安裝坡度有問題，管中積存液態(tài)氨，則可能出現液擊。因管中積存液態(tài)氨，則可能出現液擊。因此，管路安裝坡度、走向及積液的排出此，管路安裝坡度、走向及積液的排出對

17、防止液擊非常重要。對防止液擊非常重要。 n2 2）冷凝器至循環(huán)桶間的液氨管路。當）冷凝器至循環(huán)桶間的液氨管路。當管路較長時，快速關閉閥門可能出現管路較長時，快速關閉閥門可能出現液擊。如果氣氨經冷凝器冷卻不充分，液擊。如果氣氨經冷凝器冷卻不充分，管路中出現氣液兩相流，一定情況下管路中出現氣液兩相流，一定情況下可能產生液擊。較短的管道、合理的可能產生液擊。較短的管道、合理的管路布置，減少管路含氣率，對防止管路布置，減少管路含氣率，對防止液相或氣液兩相液擊很重要。液相或氣液兩相液擊很重要。 n3 3）循環(huán)桶至液體調節(jié)站到速凍間、冷）循環(huán)桶至液體調節(jié)站到速凍間、冷藏庫和單凍機的液氨管路。由于這些管藏庫

18、和單凍機的液氨管路。由于這些管路一般較長，快速關閉閥門可能出現液路一般較長，快速關閉閥門可能出現液擊。該管路在通液降溫初期，可能有一擊。該管路在通液降溫初期，可能有一部分氨液吸熱氣化，特殊情況下在管路部分氨液吸熱氣化，特殊情況下在管路形成氣塞，導致液擊。形成氣塞，導致液擊。 n速凍間、冷藏庫和單凍機至氣體調節(jié)站速凍間、冷藏庫和單凍機至氣體調節(jié)站到循環(huán)桶的氣氨管。如果管路安裝坡度、到循環(huán)桶的氣氨管。如果管路安裝坡度、走向有問題，系統（設備）運行初期，走向有問題，系統（設備）運行初期，管中積存液態(tài)氨，在氣氨的沖擊下可能管中積存液態(tài)氨，在氣氨的沖擊下可能出現液擊；運行中，如出現用冷量波動，出現液擊；

19、運行中，如出現用冷量波動，導致管中氨氣的干度（氣液比例）出現導致管中氨氣的干度（氣液比例）出現波動，則可能出現液擊。管路安裝、供波動，則可能出現液擊。管路安裝、供冷時閥門開關速度、冷量的控制，對防冷時閥門開關速度、冷量的控制，對防止液擊有重要意義。止液擊有重要意義。 n熱氨融霜管路。如果管路安裝坡度有問題熱氨融霜管路。如果管路安裝坡度有問題或氨氣回抽時間不夠，管路中積存液態(tài)氨，或氨氣回抽時間不夠，管路中積存液態(tài)氨，通入熱氨氣進行融霜，則易出現液擊。在通入熱氨氣進行融霜，則易出現液擊。在熱氨融霜過程中，尤其要注意防止初期熱熱氨融霜過程中，尤其要注意防止初期熱氨氣通入量過大，形成氣推動液的液塞沖氨

20、氣通入量過大，形成氣推動液的液塞沖擊（液擊）；融霜前期、中期的氣液兩相擊（液擊）；融霜前期、中期的氣液兩相流可能形成的單、復合波源液擊。因此，流可能形成的單、復合波源液擊。因此，氨液回抽、充霜閥門的調節(jié)應引起高度重氨液回抽、充霜閥門的調節(jié)應引起高度重視。管路（包括設備上）的設計、施工，視。管路（包括設備上）的設計、施工，對防止液擊液有重要作用。對防止液擊液有重要作用。6 6、匯管、集管（集箱）的設計對于各支管、匯管、集管（集箱）的設計對于各支管流量分配的影響流量分配的影響n有試驗證實（平行流蒸發(fā)器內氣液兩相流分有試驗證實（平行流蒸發(fā)器內氣液兩相流分配均勻性實驗研究），介質進口位置不同，配均勻性

21、實驗研究），介質進口位置不同，對集箱各支管的流量分配有較大影響。對集箱各支管的流量分配有較大影響。n1）介質自集箱一側進入）介質自集箱一側進入 2 2）介質至集管中部進入）介質至集管中部進入 n從實驗結果來看，流量增大，不均勻性從實驗結果來看，流量增大，不均勻性趨向減??；干度（含氣率）增大，不均趨向減??；干度（含氣率）增大，不均勻性趨向減小。勻性趨向減小。n調節(jié)站、冷凍間、速凍間的集管、匯管調節(jié)站、冷凍間、速凍間的集管、匯管應由制冷系統（冷庫）的工藝設計人員應由制冷系統（冷庫）的工藝設計人員設計，安裝單位應按圖紙施工，不能憑設計，安裝單位應按圖紙施工，不能憑經驗施工，事后補設計。這種做法隱患經

22、驗施工，事后補設計。這種做法隱患很大。很大。n乳山乳山11.2811.28事故原介質是從中間進出集管，事故原介質是從中間進出集管，后改從一側進入。后改從一側進入。四、管道應力與缺陷對安全的影響四、管道應力與缺陷對安全的影響n1 1、管道應力簡要回顧、管道應力簡要回顧n壓力管道所承受的靜載荷，常見的有介質的內壓力管道所承受的靜載荷，常見的有介質的內壓、管道元件的自重、管道內的介質重量、管壓、管道元件的自重、管道內的介質重量、管道外的隔熱材料重量、管道的熱脹和位移載荷道外的隔熱材料重量、管道的熱脹和位移載荷等。這些載荷作用于管道上的特點和方式是不等。這些載荷作用于管道上的特點和方式是不同的，因此它

23、們對管道強度的影響特點也不同，同的，因此它們對管道強度的影響特點也不同，由此也導致了管道力學研究的復雜性。由此也導致了管道力學研究的復雜性。n管子及其元件因受載荷過大而導致的斷裂、爆管子及其元件因受載荷過大而導致的斷裂、爆破等損壞稱之為強度破壞。換句話說管子及其破等損壞稱之為強度破壞。換句話說管子及其元件的強度是指它在載荷的作用下抵抗斷裂、元件的強度是指它在載荷的作用下抵抗斷裂、爆破的能力。同理，管子及其元件因受載荷過爆破的能力。同理，管子及其元件因受載荷過大而導致的過度變形使其不能正常工作，通常大而導致的過度變形使其不能正常工作，通常稱之為剛度破壞。換句話說，管子及其元件的稱之為剛度破壞。換

24、句話說，管子及其元件的剛度是指它在載荷的作用下抵抗變形的能力。剛度是指它在載荷的作用下抵抗變形的能力。 n管道元件變形的基本形式有拉伸（壓縮）、剪管道元件變形的基本形式有拉伸（壓縮）、剪切、扭轉和彎曲共四種，受多種載荷作用的管切、扭轉和彎曲共四種，受多種載荷作用的管子變形都可視為這四種基本變形形式的組合。子變形都可視為這四種基本變形形式的組合。n試驗證明，材料的許用剪切應力與許用拉伸應試驗證明，材料的許用剪切應力與許用拉伸應力存在下列近似關系：力存在下列近似關系：n對塑性材料：對塑性材料：=(0.6-0.8)=(0.6-0.8)n對脆性材料：對脆性材料：=(0.6-1.0)=(0.6-1.0)

25、n扭轉許用剪應力扭轉許用剪應力與拉伸許用應力與拉伸許用應力存在存在如下近似關系：如下近似關系：n )6 . 05 . 0( n a a、徑向應力、徑向應力r r和周和周向應力向應力沿管道壁厚沿管道壁厚分布是不均勻的，且分布是不均勻的，且內壁上的值最大。軸內壁上的值最大。軸向應力向應力z z沿管道壁厚沿管道壁厚均勻分布；均勻分布；nb b、在管道內壁上的各、在管道內壁上的各應力值中以周應向力應力值中以周應向力的值最大，且大于的值最大，且大于操作壓力；操作壓力；nc c、周向應力、周向應力和徑和徑向應力向應力r r沿壁厚的分沿壁厚的分布情況因徑比布情況因徑比k k的不同的不同而不同。而不同。K K

26、值越大，內值越大，內外壁的差值越大。外壁的差值越大。)1 (1222rRkPoi)1 (1222rRkPoir12kPiz n內外壁的應力比為：內外壁的應力比為：n當當K=1.2時，由上式可以求得內外壁的應力比值為時，由上式可以求得內外壁的應力比值為1.22。其物理意義是：若取平均應力作為強度校核值時，即取其物理意義是：若取平均應力作為強度校核值時，即取nm=s/1.5時，那么有：時，那么有：n 1.5ms n即其最大應力仍然不會超過屈服極限，也就是說此時管道即其最大應力仍然不會超過屈服極限，也就是說此時管道中各點均處于彈性變形狀態(tài)，管道是安全的。中各點均處于彈性變形狀態(tài)，管道是安全的。n此結

27、論對于薄壁管道是非常有用的，因為薄壁管道是以平此結論對于薄壁管道是非常有用的，因為薄壁管道是以平均應力作為校核值的。由此也可以知道，薄壁管道應力計均應力作為校核值的。由此也可以知道，薄壁管道應力計算公式中常限制算公式中常限制Ro/Ri1.2或管子壁厚或管子壁厚SDo/6的原因的原因就在于此，工程上通常以就在于此，工程上通常以k1.2來劃分薄壁管和厚管的來劃分薄壁管和厚管的道理也在于此。道理也在于此。21)()(2kRorRir n2、薄壁直管在受內時的簡化應力公式：、薄壁直管在受內時的簡化應力公式：nP=2.0MPa，DO=273mm，S=6mm時時n=21.75MPa， Z =43.5MPa

28、SPDSDPDiiiz442SPDi23 3、強度分析、強度分析n1 1）常用壓力管道設計規(guī)范強度校核原則）常用壓力管道設計規(guī)范強度校核原則n管道強度條件，無論是簡單應力狀態(tài)，管道強度條件，無論是簡單應力狀態(tài)，還是復雜應力狀態(tài)，都是限定其最大應還是復雜應力狀態(tài)，都是限定其最大應力（或根據強度理論組合的當量最大應力（或根據強度理論組合的當量最大應力）在材料的屈服極限范圍內，即認為力）在材料的屈服極限范圍內，即認為最大應力超出材料的屈服極限最大應力超出材料的屈服極限s s，管道，管道元件將發(fā)生破壞。元件將發(fā)生破壞。2 2）應力集中問題）應力集中問題n工程上根據實際的需要，經常遇到壓力管道元工程上根

29、據實際的需要，經常遇到壓力管道元件開孔分支、變徑、拐彎等問題，以致壓力管件開孔分支、變徑、拐彎等問題，以致壓力管道在這些局部區(qū)域發(fā)生了形狀或斷面面積的變道在這些局部區(qū)域發(fā)生了形狀或斷面面積的變化。試驗和實踐都證明，當管道元件的形狀或化。試驗和實踐都證明，當管道元件的形狀或截面發(fā)生突變時，或者受到的外力發(fā)生突變時，截面發(fā)生突變時，或者受到的外力發(fā)生突變時，該局部區(qū)域的應力將急劇增加，且隨著遠離這該局部區(qū)域的應力將急劇增加，且隨著遠離這個區(qū)域，其應力水平則迅速降低并在某一尺寸個區(qū)域，其應力水平則迅速降低并在某一尺寸處而趨于正常。通常把因管道元件的外形突然處而趨于正常。通常把因管道元件的外形突然變化

30、或載荷的突然變化而引起局部應力增大的變化或載荷的突然變化而引起局部應力增大的現象稱為應力集中。現象稱為應力集中。 n從微觀上講，管道元件中總避免不了從微觀上講，管道元件中總避免不了氣孔、夾渣、夾雜甚至裂紋等制造缺氣孔、夾渣、夾雜甚至裂紋等制造缺陷的存在，這些缺陷的存在導致了材陷的存在，這些缺陷的存在導致了材料的微觀不連續(xù)，它不僅直接消弱了料的微觀不連續(xù)，它不僅直接消弱了管道元件的承載能力，而且也會引起管道元件的承載能力，而且也會引起應力集中問題。應力集中問題。 n由于應力集中的存在，可能會使得壓力管由于應力集中的存在，可能會使得壓力管道元件的整體應力在尚未達到材料的屈服道元件的整體應力在尚未達

31、到材料的屈服極限時，而應力集中區(qū)域的最大應力已經極限時，而應力集中區(qū)域的最大應力已經達到或遠遠超過了材料的屈極限。塑性力達到或遠遠超過了材料的屈極限。塑性力學認為，結構中某區(qū)域因受過大的應力而學認為，結構中某區(qū)域因受過大的應力而發(fā)生屈服時，其塑性變形的區(qū)域有向外擴發(fā)生屈服時，其塑性變形的區(qū)域有向外擴展的趨勢，而相鄰部分因受力較小而處于展的趨勢，而相鄰部分因受力較小而處于彈性變形狀態(tài)，它將對塑性變形區(qū)的擴展彈性變形狀態(tài)，它將對塑性變形區(qū)的擴展起到約束和限制作用，使變形趨于協調而起到約束和限制作用，使變形趨于協調而不在繼續(xù)發(fā)展，這一現象稱為材料的自限不在繼續(xù)發(fā)展，這一現象稱為材料的自限性。由此可見

32、，由于材料存在自限性，既性。由此可見，由于材料存在自限性，既使管道元件局部發(fā)生塑性變形，也不會導使管道元件局部發(fā)生塑性變形，也不會導致強度破壞。致強度破壞。 nmaxmax與與的比的比值稱之為應力值稱之為應力集中系數集中系數n在管系應力計在管系應力計算中，由于彎算中，由于彎頭（或彎管）頭（或彎管）橫截面的扁平橫截面的扁平化而使得其截化而使得其截面慣性矩或抗面慣性矩或抗彎（抗扭）截彎（抗扭）截面模量減少的面模量減少的倍數，為彎頭倍數，為彎頭（或彎管）的（或彎管）的柔度系數柔度系數。 n管道元件中還常常存在焊接殘余應力、加管道元件中還常常存在焊接殘余應力、加工殘余應力、鑄造殘余應力和裝配應力工殘余

33、應力、鑄造殘余應力和裝配應力（如強行組焊）等應力。這些應力與上述（如強行組焊）等應力。這些應力與上述載荷引起的管系應力疊加后，有時對管道載荷引起的管系應力疊加后，有時對管道元件的強度破壞影響較小，有時則影響較元件的強度破壞影響較小，有時則影響較大，例如當它與腐蝕介質共同作用而引起大，例如當它與腐蝕介質共同作用而引起材料應力腐蝕破壞時，這些應力的影響是材料應力腐蝕破壞時，這些應力的影響是不可忽視的。但這些應力并非屬于管系應不可忽視的。但這些應力并非屬于管系應力，也不能由管系應力分析中求得，故在力，也不能由管系應力分析中求得，故在此不作討論，僅僅提醒壓力管道檢驗人員，此不作討論，僅僅提醒壓力管道檢

34、驗人員，當該管系在有應力腐蝕環(huán)境下工作時，應當該管系在有應力腐蝕環(huán)境下工作時，應注意其應力水平，注意應力腐蝕。注意其應力水平，注意應力腐蝕。3 3）壓力管道的安定分析）壓力管道的安定分析n一般情況下，壓力管道元件在靜力的作用下存一般情況下，壓力管道元件在靜力的作用下存在三種不同性質的應力，即一次應力、二次應在三種不同性質的應力，即一次應力、二次應力和峰值應力。力和峰值應力。n一次應力是指由于外加載荷作用而產生的應力。一次應力是指由于外加載荷作用而產生的應力。這類應力的特點是：它滿足與外加載荷的平衡這類應力的特點是：它滿足與外加載荷的平衡關系，且隨外加載荷的增加而增加，無自限性。關系，且隨外加載

35、荷的增加而增加，無自限性。當一次應力值超過材料的屈服極限時，管道將當一次應力值超過材料的屈服極限時，管道將產生過度塑性變形而破壞。管道承受的介質內產生過度塑性變形而破壞。管道承受的介質內壓、自重、介質重量等持續(xù)外載荷而產生的應壓、自重、介質重量等持續(xù)外載荷而產生的應力屬于一次應力。力屬于一次應力。 n二次應力是指由于管道變形受到約束而二次應力是指由于管道變形受到約束而產生的應力。這類應力的特點是：它不產生的應力。這類應力的特點是：它不直接與外力平衡直接與外力平衡, ,具有自限制性，當管具有自限制性，當管道局部發(fā)生屈服和產生小量變形時其應道局部發(fā)生屈服和產生小量變形時其應力水平就能降低下來。管道

36、由于熱脹冷力水平就能降低下來。管道由于熱脹冷縮、位移受阻等產生的應力屬于二次應縮、位移受阻等產生的應力屬于二次應力。力。 n峰值應力是指由于結構不連續(xù)或局部熱應力影響而引起的峰值應力是指由于結構不連續(xù)或局部熱應力影響而引起的附加于一次加二次應力的應力增量。峰值應力與二次應力附加于一次加二次應力的應力增量。峰值應力與二次應力既有相同之處又有不同之處。峰值應力也具有自限性，但既有相同之處又有不同之處。峰值應力也具有自限性，但它的應力水平較高，發(fā)生的區(qū)域也較小。它的應力水平較高，發(fā)生的區(qū)域也較小。n峰值應力和二次應力產生的外部條件不盡相同，峰值應力峰值應力和二次應力產生的外部條件不盡相同，峰值應力主

37、要是由于結構或載荷不連續(xù)產生，而二次應力除由結構主要是由于結構或載荷不連續(xù)產生，而二次應力除由結構形狀突變和外載荷突變引起外，其位移受阻也可引起。二形狀突變和外載荷突變引起外，其位移受阻也可引起。二次應力往往發(fā)生在某一個橫截面上，而峰值應力則發(fā)生在次應力往往發(fā)生在某一個橫截面上，而峰值應力則發(fā)生在某一更小的區(qū)域，它一般是疲勞破壞或脆性斷裂的可能根某一更小的區(qū)域，它一般是疲勞破壞或脆性斷裂的可能根源。由于引發(fā)的外部條件不盡相同，熱態(tài)下和冷態(tài)下的二源。由于引發(fā)的外部條件不盡相同，熱態(tài)下和冷態(tài)下的二次應力差別很大。熱態(tài)下由熱脹和位移引起的二次應力值次應力差別很大。熱態(tài)下由熱脹和位移引起的二次應力值要

38、比冷態(tài)下由結構或載荷不連續(xù)產生的二次應力值大的多，要比冷態(tài)下由結構或載荷不連續(xù)產生的二次應力值大的多，故在實際計算中，僅在熱態(tài)下考慮二次應力的影響。無論故在實際計算中，僅在熱態(tài)下考慮二次應力的影響。無論是在熱態(tài)下還是在冷態(tài)下，峰值應力都是由結構或載荷不是在熱態(tài)下還是在冷態(tài)下，峰值應力都是由結構或載荷不連續(xù)產生，故它在熱態(tài)和冷態(tài)的值變化不大。但由于峰值連續(xù)產生，故它在熱態(tài)和冷態(tài)的值變化不大。但由于峰值應力水平較高，故無論熱態(tài)還是冷態(tài)均應考慮。應力水平較高，故無論熱態(tài)還是冷態(tài)均應考慮。 n一次應力和峰值應力的評定一次應力和峰值應力的評定n 對一次應力的評定應采用彈性理論進行，對一次應力的評定應采用

39、彈性理論進行，即限定一次應力不超過材料的屈服極限。引入即限定一次應力不超過材料的屈服極限。引入安全系數，工程上一般限定管道的一次應力安全系數，工程上一般限定管道的一次應力（I I）不得超過設計溫度下管道材料的許用）不得超過設計溫度下管道材料的許用應力（應力（h h），即：），即：I Ih hn 對峰值應力的評定，應采用斷裂力學的理論對峰值應力的評定，應采用斷裂力學的理論進行。工程上一般采用應力集中系數進行簡化進行。工程上一般采用應力集中系數進行簡化求解。求解。 n二次應力的評定應采用彈塑性理論進行。二次應力的評定應采用彈塑性理論進行。n通過分析，要想使材料在受二次應力的情況下處于安定通過分析，

40、要想使材料在受二次應力的情況下處于安定狀態(tài)，必須限制構件中的一次應力與二次應力之和小于狀態(tài)，必須限制構件中的一次應力與二次應力之和小于2 2倍的屈服極限，即：倍的屈服極限，即：n n一般情況下，一般情況下，s s=1.5=1.5，代入上式可得：，代入上式可得：n n對于壓力管道來說，其二次應力多為熱脹冷縮或位移受對于壓力管道來說，其二次應力多為熱脹冷縮或位移受阻而產生，那么兼顧熱態(tài)和冷態(tài)的許用應力，可取阻而產生，那么兼顧熱態(tài)和冷態(tài)的許用應力，可取n并將它代入式并將它代入式(b)(b)得：得：n n進一步留出安全裕度，即將系數進一步留出安全裕度，即將系數1.51.5改為改為1.251.25?？紤]

41、反復?？紤]反復加載和卸載造成的疲勞累積損傷，引進應力范圍減少系加載和卸載造成的疲勞累積損傷，引進應力范圍減少系數數f f，故式，故式(c)(c)可變?yōu)榭勺優(yōu)? :n (d)(d).(.2asI).(. 3bI)(21Lh).(.).(5 . 1cLhI ILhaIIf25. 1 n由于一次應力由于一次應力I I必須小于熱態(tài)時的許用應力必須小于熱態(tài)時的許用應力h h，那么，那么用用h h代替式代替式(d)(d)中的中的I I更趨于安全。由此可以得到：更趨于安全。由此可以得到：n （e e）n n式中：式中：-管道的二次應力，管道的二次應力，MPaMPa；nf-f-在預期壽命內，考慮循環(huán)總次數影響

42、的許用應力范在預期壽命內，考慮循環(huán)總次數影響的許用應力范圍減少系數；圍減少系數；na a-許用應力范圍，許用應力范圍，MPaMPa；nL L-管道材料在管道材料在2020時的許用應力，時的許用應力，MPaMPa；nh h-管道材料在設計溫度下的許用應力，管道材料在設計溫度下的許用應力，MPaMPa；n式（式（e e）即為管道中二次應力強度條件判定式，它已被眾）即為管道中二次應力強度條件判定式，它已被眾多的壓力管道設計規(guī)范如多的壓力管道設計規(guī)范如ASME B31.3ASME B31.3、SH/T3041SH/T3041所引用。所引用。 )25. 025. 1 (hLaIIf 4) 4)管系靜應力

43、分析管系靜應力分析n主要包括以下內容：主要包括以下內容：n a a、壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應力計、壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應力計算算 防止管道元件局部發(fā)生過度塑性變形而破防止管道元件局部發(fā)生過度塑性變形而破壞；壞；n b b、管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷、管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的二次應力計算載作用下的二次應力計算 防止管道元件發(fā)生防止管道元件發(fā)生疲勞破壞；疲勞破壞；n c c、管道對相連設備作用力的計算、管道對相連設備作用力的計算 防止管系防止管系對相連設備的作用力太大，保證設備正常運行；對相連設備的作用力太大，保證設備正常運行；n d d、管道支吊

44、架的受力計算、管道支吊架的受力計算 為支吊架強度設為支吊架強度設計提供荷載數據；計提供荷載數據；n e e、管道上法蘭的受力計算、管道上法蘭的受力計算 防止法蘭泄漏。防止法蘭泄漏。5)5)快速確定管系熱膨脹補償是否滿足要求快速確定管系熱膨脹補償是否滿足要求的簡便方法。的簡便方法。(ASME B31.3)(ASME B31.3)nD DO O管子外徑，管子外徑，mmmm；nYY管段總位移，管段總位移，mmmm。 ；nUU管段兩固定點間的直線距離，管段兩固定點間的直線距離，m m。 ；nLL管段在兩固定點間的展開長度，管段在兩固定點間的展開長度，m m；n x x、y y、zz分別為管段在分別為管

45、段在x x、y y、z z軸方向的坐標值，軸方向的坐標值，mmmm；nx x、y y、zz分別為管段在分別為管段在x x、y y、z z軸方向的位軸方向的位移值，移值，mmmm。4 .2082ULYDO222zyxY n應用上式簡單判斷式時，管系必須滿足下列條件：應用上式簡單判斷式時，管系必須滿足下列條件：na a、管系兩端為固定點；、管系兩端為固定點；nb b、管系內各管道元件的管徑、壁厚、材質應均勻一致；、管系內各管道元件的管徑、壁厚、材質應均勻一致；nc c、管系中無分支，且無支吊架；、管系中無分支，且無支吊架；nd d、管系在使用壽命內的冷熱循環(huán)次數不超過、管系在使用壽命內的冷熱循環(huán)次

46、數不超過70007000次。次。n 簡單判斷式不適用于下列管道：簡單判斷式不適用于下列管道：na a、在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道；、在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道；nb b、大直徑薄壁管道；、大直徑薄壁管道；nc c、端點附加位移量占總位移量大部分的管道；、端點附加位移量占總位移量大部分的管道；nd d、L/UL/U2.52.5的不等腿的不等腿U U形彎管管道，或近似直線的鋸齒狀形彎管管道，或近似直線的鋸齒狀管道。管道。6 6）往復壓縮機管道的振動）往復壓縮機管道的振動n往復式壓縮機因間歇排出介質引起的振動是正常工況下往復式壓縮機因間歇排出介質引起的振動是正常工況下出現的不

47、可避免的強迫振動，也是最典型、最復雜的振出現的不可避免的強迫振動，也是最典型、最復雜的振動。動。n往復式壓縮機進出口管系的振動分成以下幾個振系：往復式壓縮機進出口管系的振動分成以下幾個振系：na a、第一振系：指由于壓縮機的動不平衡而引起的壓縮、第一振系：指由于壓縮機的動不平衡而引起的壓縮機本身和與其相連管道（包括管道內的介質）的振動所機本身和與其相連管道（包括管道內的介質）的振動所構成的振動系統；構成的振動系統；nb b、第二振系：指由于壓縮機的間歇吸氣和排氣而引起、第二振系：指由于壓縮機的間歇吸氣和排氣而引起的氣柱振動所構成的振動系統；的氣柱振動所構成的振動系統；nc c、第三振系：指由于

48、氣柱的壓力脈動及其動能變化而、第三振系：指由于氣柱的壓力脈動及其動能變化而激起的管道振動所構成的振動系統；激起的管道振動所構成的振動系統；nd d、第四振系：指由于管道上節(jié)流及啟閉元件引起的介、第四振系：指由于管道上節(jié)流及啟閉元件引起的介質渦流而激起管道自激振動所構成的振動系統；質渦流而激起管道自激振動所構成的振動系統；ne e、第五振系：指由于管道的振動而引起的與其相連支、第五振系：指由于管道的振動而引起的與其相連支承件的振動所構成的振系。承件的振動所構成的振系。 n影響管系剛度的因素主要有下列三個：影響管系剛度的因素主要有下列三個：na a、管道的支撐；、管道的支撐；nb b、管道的布置；

49、、管道的布置；nc c、管道直徑。、管道直徑。n影響管系振動振幅和動應力值的因素主要有：影響管系振動振幅和動應力值的因素主要有：na a、氣柱共振和機械共振；、氣柱共振和機械共振；nb b、壓力不均勻度；、壓力不均勻度；nc c、管系結構；、管系結構；nd d、管系的剛度及支撐。、管系的剛度及支撐。緩沖罐安裝位置對氣流脈動消減的影響模緩沖罐安裝位置對氣流脈動消減的影響模擬實驗擬實驗n不加緩沖的脈動幅值是加緩不加緩沖的脈動幅值是加緩沖罐的脈動幅值的幾倍，把沖罐的脈動幅值的幾倍，把緩沖罐直接加在壓縮機出口，緩沖罐直接加在壓縮機出口，要比加在管道中間時氣流脈要比加在管道中間時氣流脈動緩和，幅值要小得

50、多。緩動緩和，幅值要小得多。緩沖罐越靠近壓縮機出口，壓沖罐越靠近壓縮機出口，壓力脈動消減效果越好。力脈動消減效果越好。 n往復式壓縮機管道振動設計、審核應注往復式壓縮機管道振動設計、審核應注意的內容，也是檢驗中的注意點（有不意的內容，也是檢驗中的注意點（有不少冷庫的設計都沒有認真考慮振動等）：少冷庫的設計都沒有認真考慮振動等）：na a、進行氣柱固有頻率分析，使其避開激、進行氣柱固有頻率分析，使其避開激振力的頻率；振力的頻率；nb b、進行壓力脈動不均勻度分析，采用設、進行壓力脈動不均勻度分析，采用設置緩沖器或孔板等脈動抑制措施，將壓置緩沖器或孔板等脈動抑制措施，將壓力不均勻度控制在允許的范圍

51、內；力不均勻度控制在允許的范圍內；nc c、進行管系結構振動固有頻率、振動特、進行管系結構振動固有頻率、振動特性及各節(jié)點的振幅及動應力分析，通過性及各節(jié)點的振幅及動應力分析，通過設置防振支架，優(yōu)化管道布置，消除過設置防振支架，優(yōu)化管道布置，消除過大管道振動。大管道振動。4 4、管道缺陷對安全的影響、管道缺陷對安全的影響n1 1）未焊透）未焊透n摘錄實驗情況（對在用含未焊透缺陷工業(yè)壓摘錄實驗情況（對在用含未焊透缺陷工業(yè)壓力管道的安全評估）力管道的安全評估）n通過事先做好的不同環(huán)焊縫缺陷，做相應實驗通過事先做好的不同環(huán)焊縫缺陷，做相應實驗 n拉伸試驗拉伸試驗n拉伸試驗采用整管拉伸方拉伸試驗采用整管

52、拉伸方法，拉斷載荷數據見表法，拉斷載荷數據見表2 2。為了計算出由未焊透而削為了計算出由未焊透而削弱的程度，引入一個削弱弱的程度，引入一個削弱系數系數H H，定義為有缺陷試件，定義為有缺陷試件拉斷載荷拉斷載荷P P和沒有未焊透缺和沒有未焊透缺陷試件拉斷載荷陷試件拉斷載荷P P0 0的比值，的比值，即即H=PH=PP P0 0，其結果見表，其結果見表2 2。n從表從表2 2中可以看出，在相同中可以看出，在相同的缺陷長度與管周長比的的缺陷長度與管周長比的情況下，隨著未焊透深度情況下，隨著未焊透深度的增加，其強度削弱敏感的增加，其強度削弱敏感性增加，即強度削弱越快。性增加，即強度削弱越快。同樣，在同

53、樣，在2 2個未焊透深度差個未焊透深度差值相同的情況下，隨著缺值相同的情況下，隨著缺陷長度與管周長比的減小，陷長度與管周長比的減小，其強度削弱敏感性增加。其強度削弱敏感性增加。 n經修正后，可分別得到不同缺陷長度與管周經修正后，可分別得到不同缺陷長度與管周長比下新的未焊透容限深度的強度削弱因子，長比下新的未焊透容限深度的強度削弱因子，見表見表3 3。 n極限載荷試驗采用自行研制的打壓系統，試驗前極限載荷試驗采用自行研制的打壓系統，試驗前先進行有限元計算，確定最大應變點作為極限載先進行有限元計算，確定最大應變點作為極限載荷的測試點。荷的測試點。n取極限載荷的取極限載荷的2 23 3作為許用載荷。

54、上述含未焊透作為許用載荷。上述含未焊透缺陷的管子的許用載荷及安全性評定同時列于表缺陷的管子的許用載荷及安全性評定同時列于表4 4 中。中。 n各試樣實測極限載荷削弱因子各試樣實測極限載荷削弱因子( (含未焊透含未焊透缺陷試樣實測極限載荷與不含未焊透缺缺陷試樣實測極限載荷與不含未焊透缺陷完整試樣實測極限載荷之比值陷完整試樣實測極限載荷之比值) )見表見表5 5，并與拉伸強度削弱因子作了比較。并與拉伸強度削弱因子作了比較。2 2）體積缺陷（）體積缺陷（帶體積型缺陷壓力管道極限載荷的有限元分析帶體積型缺陷壓力管道極限載荷的有限元分析）n從表從表1 1計算結果可以看出，當腐蝕缺陷的其余條件相同，單計算

55、結果可以看出，當腐蝕缺陷的其余條件相同，單獨考慮一個因素的影響時，寬度的變化對管道極限載荷的影獨考慮一個因素的影響時，寬度的變化對管道極限載荷的影響較小，長度和深度對管道極限載荷的影響較大。這主要是響較小，長度和深度對管道極限載荷的影響較大。這主要是由于在內壓作用下，壓力管道的環(huán)向應力遠大于軸向應力，由于在內壓作用下，壓力管道的環(huán)向應力遠大于軸向應力，而缺陷深度和長度的變化對環(huán)向應力影響較大，所以缺陷長而缺陷深度和長度的變化對環(huán)向應力影響較大，所以缺陷長度和深度的變化對極限載荷的影響明顯，寬度的變化對極限度和深度的變化對極限載荷的影響明顯，寬度的變化對極限載荷的影響不明顯。載荷的影響不明顯。

56、n我們還可以發(fā)現，缺陷長度和深度對管道極限載我們還可以發(fā)現，缺陷長度和深度對管道極限載荷的影響并不完全相同，隨著缺陷長度的增加，荷的影響并不完全相同，隨著缺陷長度的增加，管道的極限載荷呈下降趨勢，但當腐蝕缺陷的長管道的極限載荷呈下降趨勢，但當腐蝕缺陷的長度達到一定時，缺陷長度的增加對管道極限載荷度達到一定時，缺陷長度的增加對管道極限載荷的影響不明顯。但缺陷深度則不同，隨著缺陷深的影響不明顯。但缺陷深度則不同，隨著缺陷深度的增加，管道極限載荷不斷減少。腐蝕寬度對度的增加，管道極限載荷不斷減少。腐蝕寬度對腐蝕管道的極限載荷還是有一定的影響的，特別腐蝕管道的極限載荷還是有一定的影響的，特別是腐蝕缺陷

57、深度較大時，寬度變化對腐蝕管道的是腐蝕缺陷深度較大時，寬度變化對腐蝕管道的極限載荷有明顯的影響，隨著寬度的增加，管道極限載荷有明顯的影響，隨著寬度的增加，管道的極限載荷減小，但當寬度達到一定時，缺陷寬的極限載荷減小，但當寬度達到一定時，缺陷寬度的增加對管道極限載荷的影響不明顯。當腐蝕度的增加對管道極限載荷的影響不明顯。當腐蝕缺陷深度較小時，寬度變化對腐蝕管道的極限載缺陷深度較小時，寬度變化對腐蝕管道的極限載荷幾乎不影響。荷幾乎不影響。n基于全尺寸爆破實驗結果的驗證，可以看出，對基于全尺寸爆破實驗結果的驗證，可以看出，對于中、高強度等級鋼管的缺陷評定，于中、高強度等級鋼管的缺陷評定，ASMEB3

58、1GASMEB31G標標準規(guī)范方法有一定的保守性，有改進的余地。而準規(guī)范方法有一定的保守性，有改進的余地。而利用有限元方法計算得到的結果跟水壓試驗得到利用有限元方法計算得到的結果跟水壓試驗得到的結果比較接近，誤差都在的結果比較接近，誤差都在1010 以內。以內。3 3）焊接殘余應力（壓力管道缺陷評定中焊接殘）焊接殘余應力（壓力管道缺陷評定中焊接殘余應力的處理分析）余應力的處理分析）n主要考慮對接環(huán)焊縫中的環(huán)向缺陷主要考慮對接環(huán)焊縫中的環(huán)向缺陷n環(huán)向殘余應力的產生機理環(huán)向殘余應力的產生機理n管道環(huán)向對接焊焊后，由于冷卻，焊縫金屬在環(huán)管道環(huán)向對接焊焊后，由于冷卻，焊縫金屬在環(huán)向存在著明顯的收縮，這

59、種收縮顯然受到與之相向存在著明顯的收縮，這種收縮顯然受到與之相聯的管道周邊的限制，即變形具有明顯的自限性聯的管道周邊的限制，即變形具有明顯的自限性(圖圖1)。這使得環(huán)焊縫內部產生了較均勻的拉伸殘。這使得環(huán)焊縫內部產生了較均勻的拉伸殘余應力。余應力。 n軸向殘余應力的產生機理軸向殘余應力的產生機理n軸向殘余應力由兩部分疊加而成：軸向殘余應力由兩部分疊加而成：(1)(1)由于管內壁由于管內壁和管外壁存在著溫度差因此在內外壁總存在著熱和管外壁存在著溫度差因此在內外壁總存在著熱膨脹和熱收縮兩種方向相反的殘余應力，其中溫度膨脹和熱收縮兩種方向相反的殘余應力，其中溫度較高的一面將產生拉伸殘余應力，溫度較低

60、的一面較高的一面將產生拉伸殘余應力，溫度較低的一面將產生壓縮殘余應力。這種由溫差造成的軸向殘余將產生壓縮殘余應力。這種由溫差造成的軸向殘余應力是非線性的，由于泊松比的不同，相應地也會應力是非線性的，由于泊松比的不同，相應地也會產生一些非線性的環(huán)向應力。產生一些非線性的環(huán)向應力。n(2)(2)由于環(huán)焊縫的冷卻收縮，使得與焊縫聯接的兩由于環(huán)焊縫的冷卻收縮，使得與焊縫聯接的兩側管道周邊產生內凹變形，這種內凹變形使管道內側管道周邊產生內凹變形，這種內凹變形使管道內壁產生軸向拉伸殘余應力管道外壁產生軸向壓縮壁產生軸向拉伸殘余應力管道外壁產生軸向壓縮殘余應力殘余應力( (圖圖1)1)。這種軸向殘余應力是由