一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法
2023-08-04 04:41:16
一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法
【專利摘要】本發明屬於壓力容器的安全評估領域，具體涉及一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法。本方法包括以下步驟：判別火災過程中過火壓力容器的冷卻方式；設置多個測定點，進行其硬度現場測定；獲得過火壓力容器上所用材料的相同材料的溫度臨界值；確定火災發生時該過火壓力容器的最高受火溫度；比較過火壓力容器的最高受火溫度與溫度臨界值；當最高受火溫度高於溫度臨界值時，進入該過火壓力容器的維修或判廢操作，當最高受火溫度低於溫度臨界值時，對過火壓力容器進行金相檢驗和宏觀檢驗及無損檢測，根據結果判斷其是否合格和是否免於評定。本方法操作簡便而準確可對火災後壓力容器是否合於使用作出快速檢測評價。
【專利說明】一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於壓力容器的安全評估領域，具體涉及一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法。
【背景技術】
[0002]壓力容器廣泛應用於我國重要的國民經濟支柱領域，壓力容器數量逐年增長。近年來，我國石化企業發生的壓力容器火災事故數量有增長的勢頭。火災若發生在裝置林立、錯綜複雜的過程裝置廠區和一些大型危化品存儲設施中，如大型原油儲罐、大型乙烯球罐、天然氣球罐、液化氣球罐等，可能會發生非常嚴重的罐體變形、傾斜、洩漏甚至爆炸事故，常常造成大量的人員傷亡、重大的經濟損失或嚴重的環境汙染，其後果將嚴重影響社會安定。
[0003]火災事故發生後，除需對事故原因進行分析外，亟需解決的關鍵問題是如何有效地對過火後的壓力容器進行快速檢測評價，以便確定過火壓力容器是否適宜繼續服役或降級使用甚至報廢，這對於減少企業財產損失、及時恢復生產、確保過火後壓力容器的安全穩定運行具有重要意義，由此帶來的經濟和社會效益非常顯著。
[0004]火災發生後，壓力容器的溫度經過冷卻後下降到環境溫度，火災過程中壓力容器金屬的溫度不能重現，因此難以對受火後壓力容器的安全性能進行評價。我國尚未建立火災後壓力容器合於使用評價方法和標準規範，國內外目前對於火災後壓力容器的合於使用評價，也基本完全參照美國API579的標準程序；其評價過程包括:收集評價所需數據；了解火災事件的詳細記錄和體現溫度的各種跡象並進行必要的檢測；根據熱暴露溫度、材料及影響程度劃分熱暴露區，將過火設備劃分到相應的熱暴露區中，制定不同暴露區的檢查計劃，根據檢測結果選擇3級評價方法；對所有可能相關的失效模式參照有關方法進行剩餘壽命評價。API579標準程序評價在實際操作過程中，為了獲得過火壓力容器材料的力學性能，要求對過火壓力容器進行破壞性的現場取樣，然後使用該樣品在實驗室對試樣進行試驗，其不但操作極為繁瑣，同時也對壓力容器產生了破壞。如何研發出一種基於損傷熱模擬的基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，以達到火災後壓力容器是否合於使用的快速檢測評價目的，從而降低實際操作成本和提高其操作效率，為國內外近年來所迫待解決的技術難題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種操作簡便而準確的壓力容器火災後的安全評價方法，可對火災後壓力容器是否合於使用作出快速檢測評價。
[0006]為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案:
[0007]—種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，包括以下步驟:
[0008]S1、判別火災過程中過火壓力容器的冷卻方式；
[0009]S2、至少在過火壓力容器的受火損傷部位設置多個測定點，對其各測定點進行其硬度現場測定；[0010]S3、以過火壓力容器上所用材料的相同材料為對象，通過熱模擬實驗獲得其硬度隨溫度的變化規律，取該種材料的硬度產生拐點變化時所在溫度為其溫度臨界值；
[0011]S4,比較步驟S2所測定的受火壓力容器不同測定點的硬度分布與步驟S3中所獲得的硬度隨溫度的變化規律，確定火災發生時該過火壓力容器的最高受火溫度；
[0012]S5、對步驟S4過火壓力容器的最高受火溫度與溫度臨界值進行比較，當最高受火溫度高於溫度臨界值時，進入步驟S6;否則直接進入步驟S7和S8 ；
[0013]S6、當最高受火溫度高於溫度臨界值時，進入該過火壓力容器的維修或判廢操作；
[0014]S7、對過火壓力容器進行金相檢驗；
[0015]S8、對過火壓力容器進行宏觀檢驗和無損檢測；
[0016]S9、根據步驟S7的金相檢驗和/或步驟S8的宏觀檢驗及無損檢測結果判斷其是否合格:合格時，進入步驟Sltl ;否則進入步驟S11 ；
[0017]Sltl、受火壓力容器免於評定，可繼續投入使用；
[0018]Sn、進入該受火壓力容器的常規斷裂與疲勞安全評定操作。
[0019]所述S1步驟中，根據火災發生時的消防措施，確定火災過程中該過火壓力容器的冷卻方式是空冷還是水冷。
[0020]所述S1步驟中，對於空冷，溫度臨界值可看作是材料的硬度隨溫度的變化規律中，材料的硬度剛產生逐漸由高到低變化時其拐點對應所處溫度；而對於水冷，溫度臨界值就是實驗材料的硬度剛產生由低到高變化時其拐點對應所處溫度。
[0021 ] 所述S2步驟中，對過火壓力容器進行其硬度現場測定時，需要對受火壓力容器金屬表面進行網格劃分，測定點的設置覆蓋受火損傷部位和未受火損傷部位。
[0022]所述S3步驟中，採用熱模擬試驗裝置對與過火壓力容器上所用相同材料開展不同熱暴露溫度和冷卻速度下的熱模擬試驗，熱模擬試驗時將相同材料升溫到預定溫度，然後根據所獲得的過火壓力容器的冷卻方式，將其空冷或水冷到環境溫度，實現對相同材料火災過程的模擬，獲得其硬度和金相組織隨溫度的變化規律。
[0023]在步驟S3中獲得的硬度隨溫度的變化規律後，作出其變化規律圖，將步驟S2所測定的受火壓力容器不同測定點的硬度值分布代入，以確定火災發生時該過火壓力容器的最高受火溫度。
[0024]所述S7步驟中的金相檢驗是在測定點部位進行，當步驟S5的最高受火溫度低於溫度臨界值時，只需對最高受火溫度所處測定點部位周圍進行金相檢驗抽查，以驗證最高受火溫度。
[0025]本發明的主要優點在於:
[0026]I)、本發明通過對過火壓力容器進行現場硬度測定和金相組織檢驗，同時採用熱模擬試驗，確定該過火壓力容器所用材料的硬度隨溫度變化規律，以其相應實驗材料的硬度拐點變化時所處溫度為其溫度臨界值，然後將現場測定的硬度分布結果代入其變化規律並得到相應的最高受火溫度，在兩者對比後，從而實現對過火壓力容器的損傷嚴重程度的快速篩查目的，進而根據宏觀檢驗和無損檢測結果，來實現過火壓力容器的安全評定；其評定效率高，可快速而有效的對過火壓力容器是否合於使用作出評價。
[0027]本發明通過利用硬度和強度的相關性，根據硬度的測定值就可以判斷壓力容器金屬的強度，而傳統的過火壓力容器金屬強度的測試需要對壓力容器進行破壞性取樣進行拉伸試驗才能獲得；本發明比較現場測定得到的硬度分布和試驗得到的硬度隨溫度的變化規律，即可確定壓力容器的溫度分布及最高受火溫度，而硬度可以在壓力容器表面直接測定，根據硬度測定值可對壓力容器的強度性能進行判斷，具有快速和操作簡便的特點。
[0028]此處需要說明的是，在實際操作時，其對比對象是溫度參數間的對比而不應當是以硬度值(如過火壓力容器所用材料的最高硬度值和其硬度產生拐點變化時的硬度臨界值)進行互為對比。這是因為不同的鋼材，即使同一個牌號，但由於當時製造工藝的不同，其硬度值具有相當大的差異性，更別論不同生產廠家自身的獨特配方或者客戶所需特定的工藝限制了。對於壓力容器，其使用年限常常數以十年計，而現今企業信息和生產工藝的變化日新月異，往往壓力容器出現故障時，廠家卻已經倒閉，或者廠家十年後仍在但是已經更換相應的更先進生產工藝了，這在現實應用中是非常常見的。不同的材料，其硬度產生驟然降低或升高的硬度臨界值的數值變化範圍相當大，這給最終的數據對比的精確性產生了極大的負面影響；然而，根據 申請人:的大量實驗數據和對比發現，其材料的硬度值隨溫度變化後，硬度臨界值的波動性固然極大，但是，其溫度臨界值的變化，也即材料硬度產生由高到低或由低到高的拐點變化時，其溫度所處範圍是始終不變的；換句話說，同一種鋼材，即使生產工藝和廠家不同而影響了其硬度臨界值的選取(也即其鋼材間的硬度變化拐點值有所差異)，但是其硬度隨溫度變化的總體規律仍然相同，也即其規律圖的變化曲線是穩定的，硬度發生急劇拐點變化對應的溫度相同，因此根據溫度臨界值來對受火損傷進行判斷可以極大的提高其獲取數據的準確性，最終為本發明的快速可靠的火災後壓力容器檢測評價提供有力保證。
[0029]2)、對受火壓力容器金屬表面進行網格劃分，從而使其測定點的設置覆蓋受火損傷部位和未受火損傷部位，以保證對於整個過火壓力容器的表面損傷結果的全面檢測目的。由於過火壓力容器的受火部位界限本身較為模糊，大範圍多目標的測定點採用，能夠為其最終獲得數據的準確性提供理論依據，也更能保證所獲取的過火壓力容器的最高受火溫度的精確性。
[0030]3)、本發明具有免於評定的準則:當壓力容器的最高受火溫度低於溫度臨界值，且金相組織檢驗結果合格和宏觀檢驗及無損檢測沒有發現超標缺陷，過火壓力容器則免於評定，從而免去了雖是常規但極其繁冗而複雜的斷裂和疲勞安全評定過程，為實現火災後壓力容器的快速檢測評價提供了保證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的操作流程圖；
[0032]圖2為本發明硬度現場測定點的網格分布示意圖；
[0033]圖3為本發明最高受火溫度低於臨界值時硬度分布圖；
[0034]圖4為本發明空冷時材料硬度隨溫度變化圖；
[0035]圖5為本發明空冷時最高受火溫度高於臨界值時硬度分布圖；
[0036]圖6為本發明水冷時最高受火溫度高於臨界值時硬度分布圖；
[0037]圖7為本發明水冷時材料硬度隨溫度變化圖。
【具體實施方式】[0038]作為本發明的判定依據:步驟S2中根據GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強度換算值》將裡氏硬度值轉換為維氏硬度或布氏硬度；步驟S8中的宏觀檢驗和無損檢測原則根據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》進行；步驟S11中的斷裂與疲勞安全評定按照GB/T19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》的規定進行。
[0039]「拐點」的定義，此處以其在進行實驗時，其實驗材料在溫度不斷升高時，其自身硬度在正常受熱升高時剛產生逐漸由高到低變化或在正常受熱降低時突然產生由低到高變化，換句話說，也即其自身的硬度隨溫度變化規律曲線出現轉折變化時所處點。這樣，其溫度臨界值可以相應的視為:在材料進行實驗時，其實驗材料在溫度不斷升高時，其自身硬度在產生上述變化時相應所處溫度值。
[0040]如果要確鑿的歸類於實際操作時，對於空冷，溫度臨界值可看作是材料的硬度剛產生逐漸由高到低變化時對應的溫度；而對於水冷，溫度臨界值就是實驗材料的硬度剛產生由低到高變化時對應的溫度，這在下述實施例和相應的圖示對比中即可看出。
[0041]以下結合附圖和實施例對本發明方法作進一步說明:
[0042]實施例1:
[0043]某一臺材料為07MnNiMoDR的危化品存儲壓力容器過火後，需要對其進行火災後的安全評價操作，以便確定它們是否適宜繼續服役或降級使用。此時採用圖1所示的火災後壓力容器快速檢測評價流程圖，首先對過火壓力容器進行硬度測定，得到壓力容器不同部位的硬度分布；同時以相同材料進行熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料的硬度隨溫度的變化曲線。其具體評價步驟如下:
[0044]I)、根據火災發生過程中對壓力容器所採取的消防措施，確定火災過程中壓力容器的冷卻方式是空冷。
[0045]2)、對過火壓力容器進行現場硬度測定，根據圖2的網格劃分，對受火部位和未受火部位同時進行硬度測定，使用裡氏可攜式硬度計對過火壓力容器不同部位進行硬度測定，並將裡氏硬度值換算為維氏硬度；測得過火壓力容器不同部位的硬度分布如圖3所示。
[0046]3)、在實驗室通過熱模擬試驗裝置對07MnNiMoDR材料進行不同熱暴露溫度和空冷下的熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料空冷下的硬度隨溫度的變化曲線，其結果如圖4所示，圖4結果表明空冷時07MnNiMoDR的硬度急劇下降時的溫度為650°C，即溫度臨界值為650。。。
[0047]4)、比較圖3的硬度分布和圖4的硬度隨溫度的變化曲線，由於圖3中硬度分布不出現急劇下降，說明其硬度分布對應於圖4中低於650°C時的硬度分布，可以確定壓力容器的最高受火溫度低於溫度臨界值650°C。
[0048]5)、由於壓力容器的最高受火溫度低於溫度臨界值650°C，對該受火壓力容器進行金相檢驗、宏觀檢驗及無損檢測。
[0049]6)、在最高受火溫度部位進行金相檢驗，金相組織與未損傷部位的金相相比，沒有發生組織變化，金相檢驗結果合格。
[0050]7)、具體實施中，根據TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》的宏觀檢驗項目和無損檢測項目，經宏觀檢驗和無損檢測未發現過火壓力容器有超標缺陷。
[0051]8)、本實施例中，過火壓力容器的最高受火溫度低於溫度臨界值，金相檢驗合格，且經經宏觀檢驗和無損檢測未發現有超標缺陷，受火壓力容器免於評定，繼續投入使用。[0052]實施例2:
[0053]某一臺材料為07MnNiMoDR球形壓力容器過火後，需要對其進行火災後的快速檢測評價操作，以便確定它們是否適宜繼續服役或判廢。此時採用圖1所示的火災後壓力容器快速檢測評價流程圖，首先對過火壓力容器進行硬度測定，得到不同部位的硬度分布；同時以相同材料進行熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料的硬度隨溫度的變化曲線。其具體評價步驟如下:
[0054]I)、根據火災發生時對壓力容器所採取的消防措施，確定火災過程中壓力容器的冷卻方式是空冷。
[0055]2)、對過火壓力容器進行現場硬度測定，根據圖2的網格劃分，對受火部位和未受火部位同時進行硬度測定，使用裡氏可攜式硬度計對過火壓力容器不同部位進行硬度測定，並將裡氏硬度值換算為維氏硬度；測得過火壓力容器不同部位的硬度分布如圖5所示。
[0056]3)、在實驗室通過熱模擬試驗裝置對07MnNiMoDR材料進行不同熱暴露溫度和空冷下的熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料空冷下的硬度隨溫度的變化曲線，其結果如圖4所示，圖4結果表明07MnNiMoDR的硬度急劇下降時的溫度為650°C，即溫度臨界值為650。。。
[0057]4)、比較圖5的硬度分布和圖4的硬度隨溫度的變化曲線，由於圖5中第3點位置之後硬度急劇下降，表明第3點溫度對應於圖4中的溫度臨界值650°C，可以確定壓力容器的最高受火溫度高於溫度臨界值650°C。
[0058]5)、由於壓力容器的最高受火溫度高於溫度臨界值650°C，此時根據圖1，直接進入維修或判廢步驟。
[0059]實施例3:
[0060]某一臺材料為07MnNiMoDR的危化品存儲壓力容器過火後，需要對其進行火災後的安全評估操作，以便確定它們是否適宜繼續服役或降級使用。此時採用圖1所示的火災後壓力容器快速檢測評價流程圖，首先對過火壓力容器進行硬度測定，得到壓力容器不同部位的硬度分布；同時以相同材料進行熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料的硬度隨溫度的變化曲線。其具體評價步驟如下:
[0061]I)、根據火災發生時對壓力容器所採取的消防措施，確定火災過程中壓力容器的冷卻方式是水冷。
[0062]2)、對過火壓力容器進行現場硬度測定，根據圖2的網格劃分，對受火部位和未受火部位同時進行硬度測定，使用裡氏可攜式硬度計對過火壓力容器不同部位進行硬度測定，並將裡氏硬度值換算為維氏硬度；測得過火壓力容器不同部位的硬度分布如圖6所示。
[0063]3)、在實驗室通過熱模擬試驗裝置對07MnNiMoDR材料進行不同熱暴露溫度和水冷下的熱模擬試驗，得到07MnNiMoDR材料水冷下的硬度隨溫度的變化曲線，其結果如圖7所示，圖7結果表明07MnNiMoDR的硬度急劇下降隨之又升高時的溫度為750°C，即溫度臨界值為750°C。
[0064]4)、比較圖6的硬度分布和圖7的硬度隨溫度的變化曲線，圖6中第4點位置為硬度先下降隨之又升高的位置，表明第4點溫度對應於圖7中的溫度臨界值750°C，可以確定壓力容器的最高受火溫度高於溫度臨界值750°C。
[0065]5)、由於壓力容器的最高受火溫度高於溫度臨界值750°C，此時根據圖1，直接進入維修或判廢步驟。
【權利要求】
1.一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於，包括以下步驟: 51、判別火災過程中過火壓力容器的冷卻方式； 52、至少在過火壓力容器的受火損傷部位設置多個測定點，對其各測定點進行其硬度現場測定； 53、以過火壓力容器上所用材料的相同材料為對象，通過熱模擬實驗獲得其硬度隨溫度的變化規律，取該種材料的硬度產生拐點變化時所在溫度為其溫度臨界值； 54、比較步驟S2所測定的受火壓力容器不同測定點的硬度分布與步驟S3中所獲得的硬度隨溫度的變化規律，確定火災發生時該過火壓力容器的最高受火溫度； 55、對步驟S4過火壓力容器的最高受火溫度與溫度臨界值進行比較，當最高受火溫度高於溫度臨界值時，進入步驟S6;否則直接進入步驟S7和S8 ； 56、當最高受火溫度高於溫度臨界值時，進入該過火壓力容器的維修或判廢操作； 57、對過火壓力容器進行金相檢驗； 58、對過火壓力容器進行宏觀檢驗和無損檢測； 59、根據步驟S7的金相檢驗和/或步驟S8的宏觀檢驗及無損檢測結果判斷其是否合格:合格時，進入步驟Sltl;否則進入步驟S11 ； Sltl、受火壓力容器免於評定，可繼續投入使用； Sn、進入該受火壓力容器的常規斷裂與疲勞安全評定操作。
2.根據權利要求1所述的一`種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:所述S1步驟中，根據火災發生時的消防措施，確定火災過程中該過火壓力容器的冷卻方式是空冷還是水冷。
3.根據權利要求2所述的一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:所述S1步驟中，對於空冷，溫度臨界值可看作是材料的硬度隨溫度的變化規律中，材料的硬度剛產生逐漸由高到低變化時其拐點對應所處溫度；而對於水冷，溫度臨界值就是實驗材料的硬度剛產生由低到高變化時其拐點對應所處溫度。
4.根據權利要求1所述的一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:所述S2步驟中，對過火壓力容器進行其硬度現場測定時，需要對受火壓力容器金屬表面進行網格劃分，測定點的設置覆蓋受火損傷部位和未受火損傷部位。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:所述S3步驟中，採用熱模擬試驗裝置對與過火壓力容器上所用相同材料開展不同熱暴露溫度和冷卻速度下的熱模擬試驗，熱模擬試驗時將相同材料升溫到預定溫度，然後根據所獲得的過火壓力容器的冷卻方式，將其空冷或水冷到環境溫度，實現對相同材料火災過程的模擬，獲得其硬度和金相組織隨溫度的變化規律。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:在步驟S3中獲得的硬度隨溫度的變化規律後，作出其變化規律圖，將步驟S2所測定的受火壓力容器不同測定點的硬度值分布代入，以確定火災發生時該過火壓力容器的最高受火溫度。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的一種基於硬度和金相的火災後壓力容器快速檢測評價方法，其特徵在於:所述S7步驟中的金相檢驗是在測定點部位進行，當步驟S5的最高受火溫度低於溫度臨界值時，只需對最高受火溫度所處測定點部位周圍進行金相檢驗抽查，以驗證最高受火溫度。`
【文檔編號】G01N3/40GK103743641SQ201310711709
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】陳學東, 楊景標, 範志超, 艾志斌, 李蓉蓉, 王冰, 關衛和, 謝鐵軍, 鄭炯 申請人:合肥通用機械研究院, 廣東省特種設備檢測研究院