一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法技术

本发明专利技术公开了一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，包括以下步骤：测量储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；根据储罐结构和缺陷位置、尺寸、性质，在Ansys软件中建立缺陷的储罐模型；使用Ansys软件，加载实际载荷计算储罐结构强度和储罐应力强度因子，加载单位载荷进行稳定性计算；对计算得到的储罐结构强度、储罐应力强度因子及稳定性结果进行评价，全面评估储罐的安全状况。本发明专利技术解决目前国内储罐安全评估标准方面的不足与缺失，通过前期无损检测检测结合有限元软件Ansys计算的方法，从结构力学、断裂力学等多角度评估了储罐的安全状况，计算结果有较高的可靠性。

An overall evaluation method for atmospheric storage tanks with defects

The present invention discloses a comprehensive evaluation method for a permanent pressure storage tank containing defects, which includes the following steps: measuring the nature, size and position of the defects on the storage tank, establishing a defective storage tank model in the Ansys software according to the structure of the tank and the position, size and nature of the defect; using the Ansys software to load the reality. The strength of the tank structure and the stress intensity factor of the storage tank are calculated by loading, and the stability calculation is carried out by loading unit load, and the calculated storage tank structure strength, the stress intensity factor of the storage tank and the stability results are evaluated, and the safety status of the storage tank is evaluated in an all-round way. The invention solves the shortage and lack of the safety assessment standard of the domestic storage tank, and evaluates the safety status of the storage tank from the structural mechanics and the fracture mechanics by the method of the previous nondestructive testing and testing combined with the finite element software Ansys calculation. The calculation results have high dependability.

【技术实现步骤摘要】
一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法
本专利技术涉及石油化工设备
，具体涉及一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法。
技术介绍
我国的储罐检验工作开展较晚，目前尚未形成一套完整的储罐检验标准。我国在八九十年代建成了大批石油化工储罐，由于当时法规标准的缺失，很多储罐的施工质量都不尽理想，其内部通常都存在着较多的缺陷。目前，国内没有专用于储罐缺陷的安全评价方法，若要对储罐的缺陷进行定性定量的话，一般会采用RT(射线)探伤与PT(磁粉)探伤或者MT(渗透)探伤结合的办法，缺陷定级参照NB/T47013《承压设备无损检测》，但是这种方法有如下不足：NB/T47013《承压设备无损检测》只论述了缺陷检出手段的方法和工艺，并未对缺陷的局部受力情况进行计算，而是根据缺陷尺寸将缺陷进行定级，但是即使是RT检测Ⅳ级缺陷或者PT、MT的Ⅱ级缺陷，也并不一定会影响储罐使用。同时NB/T47013《承压设备无损检测》缺陷定级的对象是承压设备，并不完全适用于储罐。储罐根据施工质量的不同，或多或少都会存在几处或者几十处的缺陷，在这种情况下，如果将所有缺陷都认定为不合格，则修理工作会很繁琐，极大地影响企业的生产，同时，在修补过程中，一旦缺陷数量较多，则可能由于焊接工艺、焊工水平、多处缺陷之间焊接残余应力互相影响等各种原因，导致储罐修补后效果往往不尽如人意。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于有限元模拟的对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，以解决
技术介绍
中所提出的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，检测储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；根据储罐结构和缺陷位置、尺寸、性质，在Ansys软件中建立缺陷的储罐模型；使用Ansys软件，加载实际载荷计算储罐结构强度和储罐应力强度因子，加载单位载荷进行稳定性计算；对计算得到的储罐结构强度、储罐应力强度因子及稳定性结果进行评价，全面评估储罐的安全状况。进一步的，一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，具体包括以下步骤：S1.采用无损探伤方法检测出储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；S2.使用有限元分析Ansys软件，在Ansys中，根据储罐的结构和缺陷的位置、尺寸、性质，按照1:1等比例建立含缺陷的储罐模型；S3.使用Ansys软件，加载实际载荷，计算储罐结构强度，所述实际载荷根据储罐本身的状况及储罐所处环境计算，所述储罐结构强度的计算包括最大一次应力、最大二次应力、最大一次加二次应力、最大总应力的计算，并将计算出的储罐结构强度中的最大一次应力、最大二次应力、最大一次加二次应力、最大总应力与国家标准《JB/T4732-2005钢制压力容器-分析设计标准》进行一一比较，若有一个以上不符合标准要求，则需要采取整体加固储罐或者维修应力较高处的缺陷；S4.当缺陷类型中含有裂纹或者未熔合时，需使用Ansys软件计算实际载荷下储罐裂纹或未熔合的尖端应力强度因子，将储罐中裂纹或未熔合的尖端应力强度因子与所述储罐所采用材料的断裂韧性进行比较；若储罐的应力强度因子小于断裂韧性，则裂纹和未熔合在当前工况下并不会发生扩展；若大于等于断裂韧性，则裂纹和未熔合在当前工况下有发生扩展的可能性，需及时修复，消除扩展隐患；S5.使用Ansys软件，加载单位载荷进行稳定性计算，计算得到储罐材料屈曲分析的特征值即储罐不发生失稳所能承受最大载荷；若特征值大于结构强度计算中所得的加载实际载荷模式下的最大总应力，则储罐未发生失稳，若特征值小于结构强度计算中所得的加载实际载荷模式下的最大总应力，则储罐已发生失稳，则需要消除失稳位置的所有缺陷或者对储罐进行整体加固；S6.当步骤S3、S4和S5中计算得到的结果均能满足要求时，则表明所述储罐当前工况下不需要进行修理，可通过缩短检验周期，加强日常巡检，定期无损检测来保证储罐的安全性；若一个以上的计算结果不满足要求，则需要根据不满足要求的计算结果选择相应的处理措施并对处理后储罐再次进行计算，以验证处理效果。其中，所述储罐的材料采用线弹性材料。其中，所述步骤S1中的无损探伤方法选用射线探伤与磁粉探伤结合、射线探伤与渗透探伤结合中的一种。其中，所述步骤S3中加载实际载荷计算储罐结构强度，具体包括以下步骤：a.根据储罐的介质、材料、结构和最大重装量，对储罐施加最大液位载荷和自重载荷；b.查询当地最高风速和有记载以来最高地震强度，加载最大风速载荷和最大地震载荷；c.通过加载步骤a和步骤b中的最大液位载荷、自重载荷、最大风速载荷和最大地震载荷，计算出所述储罐在当地最极端环境下所受的应力分布，所述应力分布包括最大一次应力、最大二次应力、最大一次加二次应力和最大总应力。其中，所述步骤S4中加载实际载荷计算储罐中裂纹或未熔合的尖端应力强度因子，具体包括以下步骤：根据线弹性断裂力学理论，在Ansys软件中，建立应力应变场；使用Ansys软件计算应力强度因子；建立应力应变场时，首先，针对储罐上的裂纹或未熔合，画出裂纹或未熔合的开口底部的线；其次，使用KACLC命令首先定义描述裂纹或未熔合尖端的局部坐标系；再次，定义沿裂纹面的路径；最后，计算储罐中缺陷或未熔合位置的尖端应力强度因子；其中，在Ansys软件计算应力强度因子时，需手动指定分析类型为平面应力或平面应变中的一种，针对储罐应力强度因子的计算选择平面应力。其中，所述步骤S5中，加载单位载荷进行稳定性计算，根据板壳理论，线弹性薄壳构件的平衡与失稳之间的区间很小，当线弹性薄壳构件平衡时，材料处于弹性变形状态；当线弹性薄壳构件失稳时，材料进入屈服；储罐加载单位载荷稳定性计算需要基于材料的屈服进行计算；稳定性计算具体包括以下步骤：(1)在储罐上加载与实际受力的面区域位置一致的单位载荷，同时施加相同的约束条件；(2)在Ansys软件中，使用软件中的特征值屈曲分析计算得到特征值；(3)将计算得到的特征值乘以施加的单位载荷，得到储罐不发生失稳时所能承受的最大载荷，由于加载载荷为单位载荷，因此，步骤(2)中所得到的特征值为储罐不发生失稳时所能承受的最大载荷；(4)将步骤(3)中得到的储罐不发生失稳时所能承受的最大载荷即步骤(2)中的特征值与所述S1步骤中结构强度计算中所得到的加载实际载荷模式下的最大总应力进行比较分析；若特征值大于结构强度计算中得到的最大总应力，则储罐不发生失稳；反之，储罐失稳。采用上述结构后，本专利技术有益效果为：本专利技术填补了目前国内的储罐缺陷评价方法的空白，提出了一种基于有限元模拟的储罐缺陷评价体系，通过有限元软件Ansys计算储罐的结构强度和稳定性，分析了裂纹和未熔合的尖端应力强度因子，防止裂纹扩展；同时，考虑了储罐的强度破坏和失稳两种失效模式，能较全面准确地评价储罐的安全状况。本专利技术解决目前国内储罐安全评估标准方面的不足与缺失，通过前期无损检测检测结合软件计算的方法，从结构力学、断裂力学等多角度评估了储罐的安全状况，计算结果有较高的可靠性。附图说明图1为本专利技术的整体评价方法的流程图；图2为本专利技术中实施例一的储罐Ansys模拟后的应力结果图；图3为本专利技术中实施例二的储罐Ansys模拟后的应力结果图；图4为本专利技术中实施例三的储罐Ansys模拟后的应力结果图；图5为本专利技术中实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，包括以下步骤：检测储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；根据储罐结构和缺陷位置、尺寸、性质，在Ansys软件中建立缺陷的储罐模型；使用Ansys软件，加载实际载荷计算储罐结构强度和储罐应力强度因子，加载单位载荷进行稳定性计算；对计算得到的储罐结构强度、储罐应力强度因子及稳定性结果进行评价，全面评估储罐的安全状况。

【技术特征摘要】
1.一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，包括以下步骤：检测储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；根据储罐结构和缺陷位置、尺寸、性质，在Ansys软件中建立缺陷的储罐模型；使用Ansys软件，加载实际载荷计算储罐结构强度和储罐应力强度因子，加载单位载荷进行稳定性计算；对计算得到的储罐结构强度、储罐应力强度因子及稳定性结果进行评价，全面评估储罐的安全状况。2.根据权利要求1所述的一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.采用无损探伤方法检测出储罐上缺陷的性质、尺寸和位置；S2.使用有限元分析Ansys软件，在Ansys中，根据储罐的结构和缺陷的位置、尺寸、性质，按照1:1等比例建立含缺陷的储罐模型；S3.使用Ansys软件，加载实际载荷，计算储罐结构强度，所述实际载荷根据储罐本身的状况及储罐所处环境计算，所述储罐结构强度的计算包括最大一次应力、最大二次应力、最大一次加二次应力、最大总应力的计算，并将计算出的储罐结构强度中的最大一次应力、最大二次应力、最大一次加二次应力、最大总应力与国家标准《JB/T4732-2005钢制压力容器-分析设计标准》进行一一比较，若有一个以上不符合标准要求，则需要采取整体加固储罐或者维修应力较高处的缺陷；S4.当缺陷类型中含有裂纹或者未熔合时，需使用Ansys软件计算实际载荷下储罐裂纹或未熔合的尖端应力强度因子，将储罐中裂纹或未熔合的尖端应力强度因子与所述储罐所采用材料的断裂韧性进行比较；若储罐的应力强度因子小于断裂韧性，则裂纹和未熔合在当前工况下并不会发生扩展；若大于等于断裂韧性，则裂纹和未熔合在当前工况下有发生扩展的可能性，需及时修复，消除扩展隐患；S5.使用Ansys软件，加载单位载荷进行稳定性计算，计算得到储罐材料屈曲分析的特征值即储罐不发生失稳所能承受最大载荷；若特征值大于结构强度计算中所得的加载实际载荷模式下的最大总应力，则储罐未发生失稳，若特征值小于结构强度计算中所得的加载实际载荷模式下的最大总应力，则储罐已发生失稳，则需要消除失稳位置的所有缺陷或者对储罐进行整体加固；S6.当步骤S3、S4和S5中计算得到的结果均能满足要求时，则表明所述储罐当前工况下不需要进行修理，可通过缩短检验周期，加强日常巡检，定期无损检测来保证储罐的安全性；若一个以上的计算结果不满足要求，则需要根据不满足要求的计算结果选择相应的处理措施并对处理后储罐再次进行计算，以验证处理效果。3.根据权利要求1或2所述的一种对含缺陷的常压储罐的整体评价方法，其特征在于，所述储罐的材料采用线弹性材料。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋高峰，吴航，张延兵，张诚，孙志涛，王玉林，刘功祥，黄佳俊，徐中原，胡军，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32