路径: 主页 > GB/T > 第317页 > GB/T 35013-2018 | 标准编号 | GB/T 35013-2018 (GB/T35013-2018) | | 中文名称 | 承压设备合于使用评价 | | 英文名称 | Fitness-for-service assessment of pressure equipment | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.020.30 | | 字数估计 | 134,174 | | 发布日期 | 2018-05-14 | | 实施日期 | 2018-12-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2018年第6号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 35013-2018
Fitness-for-service assessment of pressure equipments
ICS 23.020.30
J74
中华人民共和国国家标准
承压设备合于使用评价
2018-05-14发布
2018-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅰ
引言 Ⅱ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 通用要求 2
5 均匀减薄评价 3
6 局部减薄评价 12
7 点蚀评价 26
8 氢致开裂、氢鼓包和应力导向氢致开裂评价 39
9 凹陷和沟槽评价 46
10 错边、棱角和不圆评价 50
11 火灾损伤评价 62
12 蠕变损伤评价 70
附录A(资料性附录) 蠕变数据 106
附录B(规范性附录) 脆性断裂倾向评价 115
附录C(资料性附录) 腐蚀疲劳裂纹扩展加速因子的确定方法 123
附录D(资料性附录) 常见材料硬度值范围 125
附录E(资料性附录) 常见材料国内外牌号对照 128
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。
本标准起草单位:中国特种设备检测研究院、国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局、合
肥通用机械研究院、南京工业大学、华东理工大学、北京航空航天大学、清华大学、浙江工业大学。
本标准主要起草人:王辉、贾国栋、陈学东、孙亮、赵建平、轩福贞、张峥、邵珊珊、范志超、汪逸安、
刘应华、董杰、李翔、高增梁、吕运容、王笑梅、韩志远、艾志斌。
引 言
本标准编制的目的在于评价服役中的承压设备是否适合预期的工况及环境,制造缺陷、服役过程中
产生的缺陷或损伤是否威胁其运行安全,使用本标准可以对设备继续运行或改造、维修、报废、更换等决
策提供技术支撑。
本标准涉及多个交叉学科,使用者可根据评价的具体情况予以选用,并与GB/T 19624以及压力容
器、管道、锅炉和陆上储罐等相关规范或标准配合使用。使用本标准给出的方法对超期服役承压设备进
行评价,可以为设备的延寿提供参考,节约成本,提高企业经济效益。
承压设备合于使用评价
1 范围
1.1 本标准规定了金属制承压设备的合于使用评价方法。
1.2 本标准适用于金属制承压设备缺陷和损伤模式的评价,本标准适用的缺陷和损伤模式包括腐蚀减
薄(均匀减薄、局部减薄和点蚀),氢致开裂、氢鼓包和应力导向氢致开裂,凹陷和沟槽,错边、棱角和不
圆,火灾损伤,蠕变损伤和低温脆性断裂。平面缺陷的断裂和疲劳评价可按照GB/T 19624进行。
1.3 本标准不适用于下列承压设备:
---核能装置中承受核辐射的承压设备;
---机器上非独立的承压部件(如压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或气缸等);
---电力行业专用的封闭式电气设备的电容压力容器(封闭电器)。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 150.3 压力容器 第3部分:设计
GB/T 1172 黑色金属硬度及强度换算值
GB/T 6398 金属材料 疲劳试验 疲劳裂纹扩展方法
GB/T 19624 在用含缺陷压力容器安全评定
GB/T 20801.2 压力管道规范 工业管道 第2部分:材料
GB/T 30579 承压设备损伤模式识别
3 术语和定义
GB/T 19624界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
部件 components
根据规范、标准设计制造的承压设备的受压元件或其组合。
3.2
热暴露区 heatexposurezone
部件承受某一特定火灾温度范围的区域。
3.3
热暴露区等级 heatexposurelevel
部件在火灾过程中的暴露温度等级,根据部件在火灾中达到的最高金属壁温确定。
3.4
操作条件或常压工况下,压力和附加载荷引起的主应力大于55MPa时对应的最低金属温度。
注1:操作条件包括开停工、操作波动和停机。CET可以是单一的温度,也可以是基于压力的温度系列值。
注2:常压储罐CET取最低日平均气温加8℃,或者取水压试验的温度。低压储罐采用与压力容器相同的方法确
定其CET。
4 通用要求
4.1 单位和人员要求
采用本标准的单位在实施合于使用评价时应遵守国家相关法律、法规的规定,并建立相应的质量控
制程序。进行合于使用评价的人员应具有必要的力学、材料、工艺、腐蚀、检验等知识背景和实践经验,
并经过专业培训合格。
4.2 一般要求
4.2.1 承压设备的合于使用评价一般应包括对评定对象的状况调查(历史、工况、环境等)、缺陷和损伤
检测、损伤模式识别和缺陷成因分析、材料性能获取、必要的实验与计算,并根据本标准的规定对评定对
象的安全性进行综合分析和评价。
4.2.2 进行合于使用评价时应考虑各种可能存在的工况。
4.2.3 如果设备或部件包含多种缺陷或损伤,应结合针对所有缺陷类型和损伤的多种评价方法进行综
合评价,对各种可能的损伤和失效模式进行判断和评价后,才能给出评价结论。
4.2.4 针对每种缺陷或损伤,本标准给出多级评价方法。应根据缺陷或损伤的类型和部件类型,选择
合适的方法进行评价。
4.2.5 通过按照本标准进行的合于使用评价,不能作为提高承压设备设计压力的依据。
4.2.6 按照本标准进行合于使用评价的结果的采用,不免除承压设备的设计、制造、安装、修理、改造等
各有关方应承担的相应责任。
4.3 合于使用评价中的基础工作
4.3.1 损伤模式识别和缺陷成因分析
按照GB/T 30579进行损伤模式识别和缺陷成因分析。
4.3.2 基础数据获得
4.3.2.1 缺陷和损伤检测
对被评价对象可能存在的各种缺陷、损伤,应根据材料和结构等合理选择有效的检测方法和设备进
行全面的检测,缺陷和损伤检测结果应准确、真实、可靠。
对于无法进行无损检测的部位存在缺陷和损伤的可能性应有足够的考虑,合于使用评价人员和无
损检测人员应根据经验和具体情况作出保守的估计。
4.3.2.2 材料性能获得
应按GB/T 19624和其他有关标准的规定确定材料性能数据。应充分考虑材料性能数据的分散性
和材料性能劣化,并按偏于保守的原则确定所需的材料性能数值。
4.3.2.3 应力水平确定
可按照相应设计标准计算应力,必要时进行应力分析。应力分析应采用成熟、可靠的方法,并考虑
各种可能的载荷及其组合。
4.4 部件分类
4.4.1 A类
承受压力(含液柱静压力)或其他载荷,利用设计标准中的计算公式可以直接得到计算厚度的元件,
主要包括:
a) 圆筒或锥壳;
b) 球壳;
c) 凸形封头(球形、椭圆形、碟形、球冠形)和平盖;
d) 直管段、弯管、弯头;
e) 储罐壁板。
4.4.2 B类
承受压力(含液柱静压力)或其他载荷,设计标准中未提供直接计算厚度的公式,但提供了设计计算
的方法,例如开孔补强、法兰设计。部件的设计计算涉及多个元件,元件厚度相互影响,无法单独确定其
中一个元件的最小厚度。主要包括:
a) 圆筒与接管、封头与接管、主管道与支管的连接处;
b) 锥壳加强段或过渡段;
c) 圆筒与平盖连接处;
d) 整体管板;
e) 法兰;
f) 管道系统。
4.4.3 C类
承受压力(含液柱静压力)或其他载荷,设计标准中未提供计算厚度的公式,也未提供局部应力的计
算方法,主要包括:
a) 凸形封头和圆筒的连接处;
b) 壳体加强圈;
c) 压力容器的裙座或耳式支座;
d) 储罐壁板和底板连接处。
5 均匀减薄评价
5.1 总则
本章规定了含减薄缺陷承压部件的壁厚测定、表征方法,以及含均匀减薄型缺陷的承压部件合于使
用评价方法。本章的评价方法不适用于在蠕变温度范围内服役的部件,蠕变温度范围参见附录 A
表A.1。
5.2 符号
AR---加强圈或支撑圈的截面积,单位为mm2;
c---金属减薄区的环向长度,单位为mm;
COV---常规测厚所得壁厚实测值的变异系数;
D---圆筒、球壳、椭圆封头、弯头的内直径,单位为mm;
di---接管内径,单位为mm;
Do---圆筒、球壳、椭圆封头、弯头的外直径,单位为mm;
Do1---三通主管外径,单位为mm;
Do2---三通支管外径,单位为mm;
F---自重或自重加热载荷工况下有效截面上的轴向力,单位为N;
{F→}---广义载荷向量,采用与各载荷相适应的量纲;
{F→°}---参考载荷向量,采用与各载荷相适应的量纲;
{F→L}---极限载荷向量,采用与各载荷相适应的量纲;
FCA---未来计划运行时间内的腐蚀量,单位为mm;
GB P---对内压载荷的弯头形状修正系数;
H---当底部封头切线位于裙座内部时,裙座角焊缝至底部封头切线的距离,单位为mm;
hi---椭圆封头内曲面深度,单位为mm;
K---外径与内径之比;
K1---三通主管外径与内径之比;
L---部件的特征长度,单位为mm;
Lni---不连续结构中,容器或主管道的环向测厚范围,单位为mm;
Lno---不连续结构中,接管或支管的轴向测厚范围,单位为mm;
Ls---测厚网格线间距,单位为mm;
Lv---不连续结构中,容器或主管道的轴向测厚范围,单位为mm;
n---常规测厚点的总数;
P---评价计算压力,单位为 MPa;
pL---塑性极限内压载荷,单位为 MPa;
R---圆筒的内半径或弯头的弯曲半径,单位为mm;
RL---锥壳过渡段大端圆筒内半径,单位为mm;
RS---锥壳过渡段小端圆筒内半径,单位为mm;
rm---弯头的平均半径,rm=
Do+D
,单位为mm;
St---常规测厚所得壁厚实测值的标准差,单位为mm;
s---金属减薄区的轴向长度,单位为mm;
t---弯头评价用计算壁厚,单位为mm;
tL---锥壳过渡段大端圆筒供货壁厚,单位为mm;
tS---锥壳过渡段小端圆筒供货壁厚,单位为mm;
tZ---锥壳供货壁厚,单位为mm;
tam---部件实测壁厚的表征值,单位为mm;
tCam---部件环向实测壁厚的表征值,单位为mm;
tSam---部件轴向实测壁厚的表征值,单位为mm;
tc---评价用计算壁厚,单位为mm;
tCc---基于危险壁厚截面测厚的圆筒、锥壳、弯头的环向评价计算用壁厚,单位为mm;
tGc---基于危险壁厚截面测厚的球壳、凸形封头的评价计算用壁厚,单位为mm;
tSc---基于危险壁厚截面测厚的圆筒、锥壳、弯头的轴向评价计算用壁厚,单位为mm;
te---加强圈供货壁厚,单位为mm;
tmin---根据设计规范或标准确定的部件所需最小壁厚,单位为mm;
tCmin---根据设计规范或标准确定的部件环向所需最小壁厚,单位为mm;
tSmin---根据设计规范或标准确定的部件轴向所需最小壁厚,单位为mm;
tmm---危险壁厚截面法测厚所得部件最小实测壁厚,单位为mm;
tn---不连续结构接管的名义壁厚,单位为mm;
tnom---名义壁厚,单位为mm;
trd---远离金属减薄区的实测壁厚,单位为mm;
tt---常规测厚所得壁厚实测值的平均值,单位为mm;
tti---常规测厚所得壁厚实测值,i=1,2,,n,单位为mm;
ttm---常规测厚所得部件最小实测壁厚,单位为mm;
tv---不连续结构圆筒或主管道的供货壁厚,单位为mm;
t1---三通主管评价用计算壁厚,单位为mm;
t2---三通支管评价用计算壁厚,单位为mm;
Timemax---结构失稳时的加载系数;
σys---评价温度下的屈服强度,单位为 MPa。
5.3 金属减薄的判定与分析步骤
按以下步骤进行金属减薄的判定与分析,如图1所示:
a) 按5.4.2进行常规测厚及金属减薄的均匀性判断;
b) 若壁厚变异系数COV≤0.1,则判定为均匀减薄,按5.5和5.6进行评价;否则,进行下一步;
c) 按5.4.3进行基于危险壁厚截面法的测厚及分析,若减薄区范围大于特征长度,则判定为均匀
减薄,按5.5和5.6进行评价;否则,判定为局部减薄,按第6章进行评价。
5.4 壁厚测定与减薄缺陷的尺寸表征
5.4.1 壁厚测定范围
5.4.1.1 应以独立计算壁厚的承压部件为检测对象进行测厚和壁厚分析统计,确定壁厚表征值。壁厚
测定分常规测厚和危险壁厚截面法测厚。
5.4.1.2 首先应对检测对象进行常规测厚,根据常规测厚结果进行分析,必要时进行基于危险壁厚截面
法的测厚和分析。
5.4.1.3 如果金属减薄区相距很近,或金属减薄区位于总体结构不连续处,则应保证测厚区具有足够的
覆盖范围,以获取足够的壁厚读数值,图2~图4为推荐的不连续结构测厚区域覆盖范围。
图1 金属减薄的判定与分析步骤
5.4.2 常规测厚及分析
5.4.2.1 对承压部件进行均匀覆盖且不低于15点的壁厚测定,所得壁厚实测值记为tti(i=1,2,,n;
n≥15)。
5.4.2.2 按式(1)计算5.4.2.1中获得的实测壁厚的变异系数。
COV=
St
tt
(1)
tt=
n∑
i=1
tti (2)
St=
i=1
(tti-tt)2
n-1
(3)
5.4.2.3 如果COV≤0.1,则判定为均匀减薄,按5.5~5.6进行评价。评价时,取实测壁厚的平均值为
壁厚表征值,即:
tam=tt (4)
5.4.2.4 如果COV >0.1,则按5.4.3进行基于危险壁厚截面法的测厚与分析。取常规测厚所得壁厚实
测值最小值为最小实测壁厚ttm,并确定部件上远离金属减薄区的实测壁厚trd。
ttm=min{tti,(i=1,2,,n)} (5)
说明:
---Lv=max{di,di/2+tn+tv};
---Lno=min{2.5tv,2.5tn+te};
---Lni=min{2.5tv,2.5tn}
---di取当前实测值并考虑FCA。
图2 测厚区---接管或分支连接件
说明:
---在小端圆筒,Lv=0.78 RStS;
---在大端圆筒,Lv=0.78 RLtL;
---在锥壳小端,Lv=0.78 RStZ;
---在锥壳大端,Lv=0.78 RLtZ;
---RS、RL取当前实测值并考虑FCA。
图3 测厚区---锥壳过渡段
说明:
---Lv= Rtv;
---当有 AR
AR+156tv Rtv
>0.65时,把加强圈或支持圈看成一个主要的轴对称不连续部件;
---R 取实测值并考虑FCA。
图4 测厚区---轴对称不连续区
5.4.3 基于危险壁厚截面法的测厚与分析
5.4.3.1 对应承压部件的轴向和环向,设置两组正交的能够完全覆盖金属减薄区的测厚网格线,网格线
的间距应不大于按式(6)计算所得的Ls。
Ls=min{0.36 Dttm,2trd} (6)
5.4.3.2 测厚网格边缘处的实测壁厚应不低于trd的90%,否则,应增加测厚网格线所覆盖的范围。确
定金属减薄区域的轴向长度s和环向长度c。
5.4.3.3 设全部测厚网格有Nm条轴向网格线和Nc条环向网格线,在网格线交点处进行壁厚测定,且
每条网格线上的测厚点应不小于5个。分别统计各轴向和环向网格线上的最小实测壁厚值。
5.4.3.4 使用各轴向网格线上的最小实测壁厚值建立环向危险壁厚截面图(CTP),使用各环向网格线
上的最小实测壁厚值建立轴向危险壁厚截面图,如图5所示;对于常压或低压储罐,仅需建立轴向危险
壁厚截面图。
图5 测厚网格与危险壁厚截面图
5.4.3.5 如果存在多个金属减薄区,应按以下方法考虑相邻金属减薄区的相互影响:
a) 按面积从小到大对金属减薄区进行排序,作为待评价序列;
b) 从最小的金属减薄区开始判断,以最小的金属减薄区中心为中心画矩形,矩形的轴向长度、环
向长度应为当前金属减薄区轴向长度、环向长度的2倍;
c) 如果在所画的矩形中没有其他金属减薄区,则当前的金属减薄区是独立的,需将其从待评价序
列删除;
d) 如果在所画的矩形中存在其他金属减薄区,则应将当前的金属减薄区与所画矩形中出现的金
属减薄区合并为一个新的金属减薄区,将参与合并的金属减薄区从待评价序列删除,并根据
面积大小将合并形成的新金属减薄区放入待评价序列的相应位置;
e) 返回b),直至待评价序列为空;
f) 需对所有判定为独立的金属减薄区进行评价。
5.4.3.6 按以下方法确定部件特征长度L,判断金属减薄是均匀减薄还是局部减薄,并确定相应的评价
方法:
a) 计算部件的特征长度L:
L=Q Dtc (7)
tc=trd-FCA (8)
Rt=
tmm-FCA
tc
êê
úú (9)
Q=1.123
1-Rt
1-Rt/0.9
-1,当Rt< 0.9时
Q=50,当Rt≥0.9时
ïï
ïï
(10)
b) 如果金属减薄区范围s和c大于或等于L,则判定为均匀减薄,按5.4.3.7进行壁厚表征,按
5.5~5.6进行评价。
c) 如果金属减薄区范围s或c小于L,则判定为局部减薄,按第6章进行评价。
5.4.3.7 若基于危险壁厚截面法判定为均匀减薄,在均匀减薄的轴向和环向危险截面图上,建立以L
为长度且包含最小实测壁厚点的统计区间,以该区间内的壁厚平均值作为轴向壁厚表征值tSam和环向壁
厚表征值tCam。应尝试建立最小实测壁厚点位于不同位置的多个统计区间,以使获得的壁厚表征值最
小,或保守的取tSam=tCam=tmm。
5.5 均匀减薄评价方法限定条件
5.5.1 1级评价适用于仅承受内压或外压而不计其他附加载荷的A类部件,按设计准则进行评价。当
不满足1级评价限定条件或1级评价结果不通过时,可进行2级评价。2级评价适用于材料韧性满足
要求的承受内压、外压、附加载荷和上述载荷共同作用的A类、B类或C类部件,按塑性极限准则进行
评价。
5.5.2 待评价部件应满足以下条件:
a) 原设计满足相关的规范或标准要求;
b) 材料具有足够的韧性;
c) 所评价区域无裂纹类缺陷或其他焊接埋藏缺陷;
d) 金属减薄区的表面及周边具有光滑的轮廓;
e) 不承受循环载荷。
5.5.3 存在下列情况时,还应与其他方法配合使用,完成金属减薄缺陷的评价:
a) 根据表A.1判断部件操作温度位于材料蠕变区时,应进行蠕变评价;
b) 碳钢和低合金钢材料有脆性断裂可能性时,按附录B进行脆性断裂倾向评价;
c) 部件在循环载荷下服役时,应进行疲劳评价;
d) 当判断材料性能有退化倾向时,评价前应确定材料性能与继续服役时间的关系,使用可靠的
材料强度值进行评价;
e) 对于位于结构不连续区的金属减薄缺陷,应考虑结构不连续导致的应力集中效应;
f) 对于腐蚀疲劳工况下的裂纹型缺陷,应考虑腐蚀和疲劳的共同作用,腐蚀疲劳裂纹扩展加速因
子的确定方法参见附录C。
5.6 均匀减薄评价方法
5.6.1 1级评价
5.6.1.1 使用常规测厚数据的1级评价:
a) 按式(11)确定评价用计算壁厚:
tc=tam-FCA (11)
b) 按设计准则和实际使用条件确定待评价部件的所需最小壁厚tmin;
c) 满足式(12)所示评价准则则通过1级评价:
tc≥tmin (12)
5.6.1.2 使用危险壁厚截面法测厚数据的1级评价:
a) 确定评价用计算壁厚:
1) 圆筒、锥壳或弯头:
tSc=tSam-FCA (13)
tCc=tCam-FCA (14)
2) 球壳或凸形封头:
tGc=min{tSc,tCc} (15)
b) 按设计准则和实际使用条件确定待评价部件的所需最小壁厚;
c) 若满足以下评价准则,则通过1级评价:
1) 圆筒、锥壳或弯头:
tSc ≥tSmin 且 tCc ≥tCmin (16)
2) 球壳或凸形封头:
tGc ≥tmin (17)
3) 常压储罐
tSc ≥tmin (18)
5.6.2 2级评价
5.6.2.1 评价用结构参量的确定
评价用结构参量的确定方法如下:
a) 根据均匀减薄的实际情况,考虑未来计划运行时间内的腐蚀量,确定所评价构件的直径、壁厚
等结构参量的取值。
b) 使用常规测厚数据,按式(11)确定评价用计算壁厚。
c) 使用危险壁厚截面法测厚数据,按式(19)确定评价用计算壁厚。
tc=min{tSam-FCA,tCam-FCA} (19)
5.6.2.2 承受内压的典型部件评价方法
对于仅承受内压、附加载荷可忽略的圆筒、球壳、球形封头、椭圆封头、弯管、焊制三通(接管)结构
(结构示意图见图6~图10),按以下公式确定部件塑性极限内压载荷PL,分析时应考虑未来计划运行
时间内的腐蚀量:
a) 内压圆筒
pL=
σysln(K......
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