多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法，其特征多种失效机制共存环境下设备损伤因子ＤＦ（ｔ）为：其中，Ｆｍｉ为ｉ种主导机制的独立损伤因子和，ＦｍｉＵｉ′－ｉ为各种主导机制间相互影响的损伤因子和；ＦｍｉＵｋ－ｉ为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和。本发明专利技术方法在确定损伤因子时考虑了主导机制相互作用和次要机制对主导机制的影响等因素，对ＡＰＩ５８１中的有关方法进行了改进，使得风险评估中设备失效可能性分析更科学合理和符合实际。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在存在有失效机制的环境下，设备损伤因子的确定方法，更具体地说 是一种多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法。
技术介绍
介质环境中钢材腐蚀速率的确定对设计阶段材料选择与结构尺寸的确定至关重 要，而在使用阶段中，设备失效可能性的确定对于设备检验周期与剩余寿命的估算更是举 足轻重。在2008版API 581 (基于风险的检验技术)中，设备的失效可能性按以下公式计 算Pf (t) = Gff XDF (t) XFms(1)式中Pf(t)为设备失效可能性；Gff为同类设备平均失效概率，由API 581表4. 1给出；Fms是管理水平影响系数，根据API 581中给出的调查表对企业管理水平进行调查 评分，再将分数转换为0. 1 10间的一个数值，即管理水平影响系数；DF(t)是指与时间相关的失效机制造成设备失效的可能性参数，被称为损伤因子。在API 581中对某一设备存在的k种失效模式中的每种相对应的失效机制都给出 了一个可能性参数DFk，当以腐蚀减薄为主导失效机制时这个参数主要由减薄速率所决定， 当以应力腐蚀开裂为主导失效机制时，这个参数则主要由应力腐蚀敏感性决定，损伤因子 越大则失效可能性越大。在API581中，当多种(k种)失效机制共存时，采用简单叠加的方 法来计算总的损伤因子，即DF = Σ DFk。比如，在实际的原油介质环境中，环烷酸与硫总是同时存在的。在API581中，这两 种介质共存时，腐蚀速率的确定就是将两种单一介质独立的腐蚀速率进行简单叠加，其失 效可能性也是将两个单一介质的失效可能性简单叠加，即DF =Σ DFk。但实际情况是这种 处理方式存在着不合理因素。相关的试验研究与现场调查都发现，在相同流速下，350°C以下温度时，硫对环烷 酸的腐蚀有抑制作用，因为硫腐蚀形成的FeS具有一定稳定性，附着在金属表面上，从而阻 止了环烷酸对金属的进一步侵蚀，所以高硫高酸原油中，材料的腐蚀速率反而低于低硫高 酸原油中的腐蚀速率。如果温度达到400°C左右，FeS保护膜就不稳定了，硫的抑制作用也 就减弱了，此时高硫高酸原油的腐蚀性又提高了。因此，失效可能性很显然是于流速、温度、 酸值、含硫量相关联。而API581方法中的不合理性会误导人们认为只要满足高酸高硫介质 环境的材料选择与结构尺寸的确定就一定会满足高酸低硫环境，显然这样会造成不安全。同样，在氯离子和碱共存的环境中，奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主导损伤机制 也不相同，当温度小于150°C时，氯离子应力腐蚀开裂为主导机制，碱起到一定的促进作用， 而在150°C以上温度是，碱应力腐蚀开裂则占主导，氯离子起到促进作用。但这些情况在API 581中都没有加以考虑。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多种失效机制共存环 境下设备损伤因子的确定方法；本专利技术同时提供利用这一方法对于环烷酸与硫共存环境碳 钢设备损伤因子确定方法，以及利用这一方法对于碱与氯离子共存环境奥氏体不锈钢设备 损伤因子的确定方法。以使关于多种失效机制共存环境下设备失效可能性的确定方法更为 科学合理。本专利技术方法采用如下技术方案本专利技术多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法的特点是所述多种失效机制共存环境是指在某一服役环境中存在有导致设备失效的i种 主导机制和k种次要机制；所述设备包括各种工业装置中的钢制承压设备和管道；所述多种失效机制共存环境下设备损伤因子DF(t)按式(1)获得为 式⑴中IFmi为i种主导机制的独立损伤因子和，Fffli为第i种主导机制独立损伤因子，i 为大于ι的正整数；ZFffliUi,、为各种主导机制间相互影响的损伤因子和，UiLi为第i'种主导机制对 第i种主导机制的影响系数；ZFffliUk^为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和，Ulri为第k种次要机制对 第i种主导机制的影响系数；本专利技术环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子的确定方法的特点是在环烷酸与硫共存环境中分别存在环烷酸腐蚀主导机制和硫腐蚀主导机制，两种 主导机制的损伤因子分别记为环烷酸腐蚀损伤因子Fiwag和硫腐蚀损伤因子Fsi ；同时存在 硫对环烷酸腐蚀的抑制作用，记为硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U^iwag ；因不存在次要机 制，记为=Ulri = 0，因此所述环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子DF(t)按式⑴获得为DF (t) = F环烷酸+F硫+F环烷酸U硫-环烷酸(2)式(2)中Fiwag是按API581第二部分附录B中表B. IOM选取的腐蚀速率经计算得出损伤因 子参数Art，再根据API581中表5. 11转换成环烷酸腐蚀损伤因子Fiwag ；Fs是根据SH/T 3096附录B中给出的“修正的MeConomy曲线”得出的腐蚀速率、 经计算得出损伤因子参数Art、再根据API581中表5. 11转换成硫腐蚀损伤因子Fsi ；硫对环烷酸腐蚀抑制作用系数U s - ggag是在不同的温度条件下分别设置。本专利技术环烷酸与硫共存环境中设备损伤因子的确定方法的特点也在于所述硫对 环烷酸腐蚀抑制作用系数Ui^iwag在不同的温度条件下分别设置为当温度小于300°C时，U硫=0. 106-0. 081PS ；当温度介于300°C 400°C时，Ust= -0. 054+0. 052PS ；当温度大于400°C时，环烷酸发生分解失去腐蚀性，Ui^iwag= 0 ；各式中Ps为按重量百分比的介质含硫量。式⑵和(3)中Ps为介质中按重量百分比的含硫量。本专利技术氯离子与碱共存环境中奥氏体不锈钢设备损伤因子的确定方法的特点 是在氯离子与碱共存环境中，存在有氯离子应力腐蚀开裂ClSCC和碱应力腐蚀开裂 ASCC两种机制；当温度小于150°C时，以ClSCC为主导机制，记为Fiw子，以ASCC为次要机制，同时 存在碱对氯离子应力腐蚀开裂的促进作用，记为碱对氯离子应力腐蚀开裂促进作用系数U碱-氯离子；ISitt;* DF (t) = F氯离子+F氯离子U碱-氯离子(3)式⑶中Flu^根据API 581第二部分第13章所描述的方法确定；设置U碱-氯离子为U碱-氯离子=0.5XT/150XD碱/20;上式中T为温度。C，De为按重量百分比的碱液浓度；当温度大于150°C时，ASCC为主导机制，ClSCC为次要机制，同时存在氯离子对碱 应力腐蚀开裂的促进作用，记为氯离子对碱应力腐蚀开裂促进作用系数Uew+--，因此有DF (t) = F碱+F碱U氯离子-碱(4)式⑷中Fe根据API 581第二部分第7章所描述的方法确定；U氯离子-碱的选取方法为U氯离子-碱=0. 2(1+D氯离子/20) XT/150 ；上式中Diwt为氯离子重量百分比。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在1、本专利技术方法在确定损伤因子时考虑了主导机制相互作用和次要机制对主导机 制的影响等因素，对API581中的有关方法进行了改进，使得风险评估中设备失效可能性分 析更科学合理和符合实际；2、本专利技术方法纠正了原API581方法中对高酸高硫介质环境和高酸低硫环境下损 伤因子确定的不合理之处，改变了人们以往形成的炼油装置选材只要满足高硫高酸介质， 在硫高酸高酸环境下就一定是安全的错误概念；3、本专利技术给出了一种快速判断奥氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
多种失效机制共存环境下设备损伤因子的确定方法，其特征是：所述多种失效机制共存环境是指在某一服役环境中存在有导致设备失效的ｉ种主导机制和ｋ种次要机制；所述设备包括各种工业装置中的钢制承压设备和管道；所述多种失效机制共存环境下设备损伤因子ＤＦ（ｔ）按式（１）获得为：ＤＦ（ｔ）＝＊Ｆ↓［ｍｉ］＋＊Ｆ↓［ｍｉ］Ｕ↓［ｉ′－ｉ］＋＊Ｆ↓［ｍｉ］Ｕ↓［ｋ－ｉ］（１）式（１）中：＊Ｆ↓［ｍｉ］为ｉ种主导机制的独立损伤因子和，Ｆ↓［ｍｉ］为第ｉ种主导机制独立损伤因子，ｉ为大于１的正整数；＊Ｆ↓［ｍｉ］Ｕ↓［ｉ′－ｉ］为各种主导机制间相互影响的损伤因子和，Ｕ↓［ｉ’－ｉ］为第ｉ′种主导机制对第ｉ种主导机制的影响系数；＊Ｆ↓［ｍｉ］Ｕ↓［ｋ－ｉ］为各种次要机制对主导机制的影响损伤因子和，Ｕ↓［ｋ－ｉ］为第ｋ种次要机制对第ｉ种主导机制的影响系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，艾志斌，胡久韶，杨铁成，关卫和，梁春雷，高俊峰，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]