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150水压试验注三  

2013-09-02 09:45:28|  分类: 压力容器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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对于水压试验,新的150增加了注三条款,其含义在标准释义中有所解释。但是解释的不是很清楚,所以请教了业内的专业人士,对此各位专家的看法均摘录如下,如果还想再深入思考,可以参考论文,《压力容器试验压力的讨论-桑如苞》, 《压力试验及其有关的限制条件》,《对GB150_压力容器_有关内容的商榷_试验压力值的确定及相关问题》。


以下是向公司高工请教的:

问:看了您的课件,受益颇深。很可惜无法参加您的培训与讲解,无法当面向您请教,光看课件还是无法完全吸收。我对下面这个问题还是有点困惑:

150水压试验注三 - vcad2013 - VCAD的博客
  对于15CrMoR, 如果设计温度是525°C,按照GB150.2 2,其材料高温持久强度确定的许用应力时58MPa475°C时的许用应力是117MPa. 当使用壁厚公式确定筒体壁厚时,参与计算的许用应力值应该是58还是117?为什么?

 

答:受压元件计算时,许用应力取值应为:58MPa。这个原因你应该也知道的,我就不多说了。

 117MPa,仅用于水压试验时的[ σ]t

 我这样理解的:

 1.水压试验是短期载荷,该由抗拉强度与屈服强度确定;

 2.水压试验其实也可以说是对设备在设计工况的一个模拟试验;而这个模拟试验也是有前提的,即不能模拟材料发生蠕变工况;也可以说Pt=1.25P[σ]/[ σ]t的适用范围也仅仅是弹性体时;

 3.[σ]/[ σ]t是常温时的许用应力与设计温度下的许用应力之比,也称温度修正系数,常温时的许用应力用的是在弹性体时的,高温时如用蠕变时的许用应力显然不合理,这样的修正系数或说模拟工况与实际也不符,而还会带来很多问题。如,水压试验压力将会大幅度提高,法兰密封出现常温水压试验工况密封不住的问题。而设计温度下的法兰密封计算结果

 显示密封没有问题的矛盾。

 

 

问:

赵总:

         您好!

      非常感谢您的解释,但是对于规范我还是有疑问。好比设计压力为1MPa,内径

 1000mm,焊缝系数取1. 常温下许用应力为167MPa,屈服强度为295MPa。按照厚度

 公式计算筒体厚度为

 t=1000*1/2*58-1=8.7mm 下料厚度取9mm(不考虑负偏差了)。

 方法1:按照117取其水压试验压力:Pt1=1.25*1*167 /117=1.78MPa   校核筒体应

 力为σ1=1.78*1009/2*9=99MPa99<295*0.9=265.5. 合格

 方法2:按照58取其水压试压压力:Pt2=1.25*1*167/58=58=3.599MPa 校核筒体应

 力为σ2=3.599*1009/2*9=201MPa, 201<295*0.9=265.5.合格

 其实只要按照和设计应力一样取值,校核其水压试验压力就不可能不过。因为材料的

 许用应力是按照屈服强度/1.5,水压试验时保证在0.9倍的屈服强度内。也就是说只

 要水压试验压力<0.9*1.5=1.35倍设计压力,其水压试验就不可能不合格。

 设计许用应力取值低(58),水压试验时取值过高(117),如取方法1,试验应力水

 1.78*58/167=0.618<1,还达不到操作水压也就是说,也就是设备根本没有经受考

 验,水压试验形同虚设。

 对于法兰来说,本来法兰在考虑其许用压力等级的时候已经考虑了材料的温度了。如

 PN10的法兰,在500°下可能只能用到1.7。法兰的压力等级如果不合适,就需要提高

 才行。况且温度系数是取各个温度系数中间的最小值。已经保证了不会大于按照板材

 计算所得。

 还有为何ASMEEN规范中没有类似的规定?

 由于按照公式计算的水压实验值能够保证设备还在弹性范围内,不会产生塑性变

 形,标准释义中水压试验压力对容器造成危害的解释少了点说服力。

 请多多指教。

 

答:

1.不能说“设备根本没有经受考验”,起码经受了“1.25*1*167 /117”的考验;

2.弹性体的出发点(杨国义等观点),见上次邮件语;

3.水压试验的出发点是对缺陷可能带来的风险的考核并确定最大不超过1.7倍(前苏

联)的设计压力,还有专家提出以弹性模量之比E/Et(国内的桑茹苞、丁伯民等)确

定水压试验压力;但人们已经习惯用许用应力之比(ASME),故现在国家标准提出限定在弹性体范围之内。

4.这样的考核足以验证缺陷带来的风险,缺陷发生爆裂在常温下更危险,高温下材料的弹性会更好一些,但对常温下水压试验压力应控制在一定范围之内。

5.法兰不是提高等级就能解决密封问题的。


以下是丁伯民教授关于此问题的回复:

   关于液压试验问题,诚如容标委会主要领导撰文所述:长久以来一直是个问题,但他又说2011年版通过修改,从而完善了温度补偿方法。
  对此,我恰恰持完全不同的看法。长久以来这确实一直是个问题,原因是在应力比值中所涉及的材料包括了螺栓在内(不应包括!),而这次修改又加上了注(3),则不仅并不是完善了温度补偿方法,而是比未修改时引起了更为严重的问题。
  试验压力值要乘应力比予以调高的原因是:在高温时设计的容器是按高温时的许用应力,而在试压时无法在高温下实施,在常温时对已按高温许用应力确定了的壁厚试压,为达到要超过0.25%应力水平,就要提高试验压力值,即乘以温度补偿系数,此值为常温时许用应力对设计温度时许用应力之比。
  对应力比值中是否应包括螺栓材料在内的问题,我对寿比南、杨国义、徐锋三位当面指出,但他们不接受,不接受的原因是对法兰螺栓设计的不理解。对此,我当然无法。后来他们又加上注(3),我也是在拿到标准看了以后才知道的,他们怎么想的,我根本不知道,在他们的文章中所述的原因,我根本无法理解。对此,我只好写文章,但审稿者就是他,所以退稿。后改在化工设备与管道杂志,请看2013年第一期。
  来件中提到桑如苞和我曾表示此比许用应力值要用弹性模量比值表示,这绝对是误解,我从未有过这样的表示,只是对桑如苞的这一表示发表过不同意的意见。
   因我在文章中已详细说了,所以不再详细重复。匆匆,即致
近安
  丁伯民  8.27

以下是吴大声高工关于此问题的回复:

关于水压试验问题

1、对注3的理解:

按试验压力公式(5)中的温度补偿系数提高试验压力,理论上不会对容器造成危害。从强度角度,壳体承载能力与许用应力成正比,正确设计的容器壳体应当能够经受得起。释义上说的“危害”我理解只是对一些压力附件而言,比如容器上必不可少的接管法兰“系统”,设计者按工作条件选择标准件时,可能试验压力并不匹配(耐不了这么高),或且为了适应高的试验压力过分跳级选用。

基于这种担心,就会想到有没有必要用这么高的试验压力,因为材料高温性能下降都很快,如果按设计温度定,温度补偿系数可能很高。我是认同以高温短时性能数据来定温度补偿系数,不用持久或蠕变强度数据。因为实在看不出短时的水压试验和高温持久工作性能的关系,所以没有必要用过高的试验压力。

那么这种折衷的试验压力有没有意义,是否“形同虚设”?耐压试验的目的一是检验密封和焊缝的致密性,一是考验容器强度。到底要超压多少?现在有三个数据:基本超压就是乘1.25;再乘按设计温度下材料高温性能定的温度补偿系数;再一个就是现在GB1503的办法。注3的办法也有相当程度的超压,在考验致密性上用超压“代替”高温热应力对密封性能的影响,应当说会有一定作用;至于对意外缺陷的检验作用则不好类比,本来缺陷的扩展机理高温与常温就不一样。这里没有明确的数量关系来描述,所以我说注3的办法是个折衷,不能说没有意义。

 

2、大家可能希望对容器的每个部位都以它最高承载能力再超压做一下考验,这往往做不到。在许

多规范里也是说“应取个元件材料的﹝σ﹞/﹝σ﹞t比值中的最小值”。这样,在一台容器中有使用不同材料的情况(实际上有这样情况——在一台塔体内有不同的温度段,使用不同的耐高温材料),会有一些元件或塔段不能按“自己的”温度补偿系数来定试验压力。

 

3、另一个问题——螺栓问题:

    这里说的“紧固件”一般说是指主螺栓,是设备设计计算的一部分,而不是那些标准件。由于高温用螺柱材料的高温性能下降比较平缓,它的温度补偿系数通常比壳体材料的温度补偿系数小很多,所以我部分认同丁教授的意见。不受主螺栓的限制,用壳体材料的温度补偿系数。这样提高了试验压力,设计者对主螺栓可能要再核算一下。

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