CN105259180B - 一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压力容器安全分析技术领域，公开了一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，包括：传感器单元以及运算单元；传感器单元与运算单元相连，向运算单元发送监测到的信息；运算单元包括：应变值计算模块，与传感器单元相连，获取传感器单元的检测的容器外表面的数据并依其计算对应应变值；深度计算模块，与应变值计算模块相连，获取应变值并依其计算容器内部裂纹深度；应力强度因子计算模块，与深度计算模块相连，获取裂纹深度值并依其计算裂纹尖端处应力强度因子值；判断模块，与应力强度因子计算模块相连，获取裂纹尖端应力强度因子并与该压力容器材料的断裂韧性值比较；其中，判断模块输出的比较结果表征裂纹的状态，指示是否适合继续服役。本发明通过合理化的检测计算得到裂纹的扩展状态，判断其安全服役情况，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器安全分析技术领域，特别涉及一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统。
背景技术
压力容器是具有爆炸危险的特种承压设备，它盛装的介质往往具有高温、高压和易燃、易爆性质，一旦发生泄漏或爆炸，往往导致灾难性事故发生，使人民生命财产遭受巨大损失，并直接影响社会安定。
对于处于高温高压及腐蚀环境中的压力容器，很多工程材料不可避免地会在服役期间产生裂纹，这些裂纹的扩展可能会导致严重的安全事故。现代材料科学及断裂力学的发展已证实：含有一定缺陷的材料仍然具有一定的工作能力，只要了解裂纹的扩展情况及其相应的断裂力学参量并将其与材料断裂韧性进行比较就能对含裂纹型缺陷结构的安全性进行判断。
裂纹型缺陷对压力容器的安全性威胁最大,目前工厂在停车检修时虽然能检测到缺陷的存在，但是在容器工作时不能每时每刻都了解缺陷的扩展状态，检测评定操作复杂；另外，在了解了缺陷的状态以后对缺陷进行评判也有较大的困难，可靠性低。
发明内容
本发明提供一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，解决现有技术中含裂纹的压力容器中的裂纹的监控和评定操作复杂，评定可靠性低的技术问题，达到了提升裂纹监测效率和可靠性的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，包括：传感器单元以及运算单元；所述传感器单元与所述运算单元相连，向所述运算单元发送监测到的信息；
所述运算单元包括：
应变值计算模块，与所述传感器单元相连，获取所述传感器单元的检测数据并依其计算对应应变值；
深度计算模块，与应变值计算模块相连，获取应变值并依其计算容器内部裂纹深度；
应力强度因子计算模块，与所述深度计算模块相连，获取所述裂纹深度值并依其计算裂纹尖端处应力强度因子值；
判断模块，与所述应力强度因子计算模块相连，获取所述裂纹尖端应力强度因子并与该压力容器材料的断裂韧性值比较；
其中，所述判断模块输出的比较结果表征裂纹的状态，指示是否适合继续服役。
进一步地，所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子。
进一步地，所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子以及裂纹扩展情况为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子以及一个裂纹扩展情况。
进一步地，所述传感器单元包括：应变传感器以及与之相连的模数转换器；
所述应变传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态并将监测信息通过所述模数转换器转换成数字信号发送给所述应变值计算模块。
进一步地，所述应变传感器采用光纤光栅应变式传感器。
进一步地，所述传感器单元包括：所述应变传感器采用光纤传感器以及与之相连的光波检测仪；
所述光纤传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态；
所述光波检测仪接收所述光纤传感器的反馈信号并测量波长并发送给所述应变值计算模块。
进一步地，所述系统还包括报警模块；所述报警模块与所述判断模块相连，依据所述判断模块输出的比较结果执行报警动作。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，通过传感器单元实时监测在役的容器裂纹的应力变化并及时反馈给运算单元，实现实时裂纹扩展状态评定，提升评定的可靠性和效率。
2、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，通过应变值计算单元计算得到裂纹中心对应的容器外壁的应变值，并进一步通过应力强度因子计算模块计算得到应力强度因子和裂纹拓展情况再将应力强度因子与容器材料的断裂韧性做比较，判断该含裂纹缺陷的压力容器是否有危险，在不适合服役的条件下，向外发出信号；大大提升评定过程的精度和可靠性。
3、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，在应力强度因子计算模块中设置裂纹深度、裂纹中心外壁应变和裂纹中心应力强度因子的对因关系的数据库，实现数组对应；从而大大简化参数分析过程，直接通过数组对应关系查找应力强度因子参数，进而得到裂纹扩展情况，高效可靠。
4、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，采用应变传感器以及与之相连的模数转换器，进一步采用光纤光栅应变式传感器，实现高精度的监测。
5、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，采用光纤传感器以及与之相连的光波检测仪；光纤传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态；光波检测仪接收所述光纤传感器的反馈信号并测量波长并发送给所述应变值计算模块；监测过程中不产生电流，从而可保证在任何工况和输送介质都可以正常工作，不受影响，从而保证监测可靠性。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，解决现有技术中裂纹监测操作复杂可靠性低的技术问题，达到了提升检测效率和可靠性的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，包括：传感器单元以及运算单元；所述传感器单元与所述运算单元相连，向所述运算单元发送监测到的信息；
所述运算单元包括：
应变值计算模块，与所述传感器单元相连，获取所述传感器单元的检测数据并依其计算对应应变值；
深度计算模块，与应变值计算模块相连，获取应变值并依其计算容器内部裂纹深度；
应力强度因子计算模块，与所述深度计算模块相连，获取所述裂纹深度值并依其计算裂纹尖端处应力强度因子值；
判断模块，与所述应力强度因子计算模块相连，获取所述裂纹尖端应力强度因子并与该压力容器材料的断裂韧性值比较；
其中，所述判断模块输出的比较结果表征裂纹的状态，指示是否适合继续服役。
通过上述内容可以看出，通过传感器的单元实时在线检测在役的压力容器的裂纹状态，提升可靠性；另一方面，通过应力值计算和对应的应力强度因子的计算，获得裂纹尖端中心的应力程度，在通过判断模块比较应力强度因子与容器材料的断裂韧性值，判断裂纹的扩展趋势，得到监测结论，精度高且效率高，更为重要的是监测判断原理的可靠性高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明实施例提供的一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，包括：传感器单元以及运算单元；所述传感器单元与所述运算单元相连，向所述运算单元发送监测到的信息；
所述运算单元包括：
应变值计算模块，与所述传感器单元相连，获取所述传感器单元的检测数据并依其计算对应应变值；
深度计算模块，与应变值计算模块相连，获取应变值并依其计算容器内部裂纹深度；
应力强度因子计算模块，与所述深度计算模块相连，获取所述裂纹深度值并依其计算裂纹尖端处应力强度因子值；
判断模块，与所述应力强度因子计算模块相连，获取所述裂纹尖端应力强度因子并与该压力容器材料的断裂韧性值比较；
其中，所述判断模块输出的比较结果表征裂纹的状态，指示是否适合继续服役。
所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子。
所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子以及裂纹扩展情况为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子以及一个裂纹扩展情况。
传感器单元包括：应变传感器以及与之相连的模数转换器；所述应变传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态并将监测信息通过所述模数转换器转换成数字信号发送给所述应变值计算模块。
应变传感器采用光纤光栅应变式传感器。
传感器单元包括：所述应变传感器采用光纤传感器以及与之相连的光波检测仪；所述光纤传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态；所述光波检测仪接收所述光纤传感器的反馈信号并测量波长并发送给所述应变值计算模块。
系统还包括报警模块；所述报警模块与所述判断模块相连，依据所述判断模块输出的比较结果执行报警动作。即当应力强度因子大的情况，一位置裂纹扩大的趋势明显，发出报警；反之，则可继续服役。
本发明特别适用于对含裂纹缺陷压力容器是否适合继续使用进行评判。主要应用于石化天然气等大型含裂纹缺陷的压力容器的在役监测和安全评判。压力容器裂纹监测传感器粘贴在含纵向内裂纹缺陷的压力容器外表面监测得到的裂纹中心对应的容器外壁的应变，在应力强度因子计算模块内导入的裂纹深度、裂纹中心外壁应变和裂纹中心应力强度因子的对因关系的数据库中查找到裂纹的深度与裂纹中心应力强度因子，再将应力强度因子与容器材料的断裂韧性做比较，判断该含裂纹缺陷的压力容器是否有危险，在不适合服役的条件下，向外发出信号。
由于采用光纤传感器，反馈波长变化通过检波仪检波解读信息，监测过程中不产生电流，从而可保证在任何工况和输送介质都可以正常工作，不受影响，是一种真正意义上的压力容器安全实时监测系统。精度更高，反应更敏捷。
裂纹失稳扩展的条件是裂纹体在裂纹扩展过程中所释放的应变能大于等于裂纹扩展时形成新的裂纹表面所需要的表面能；一条裂纹从萌生、扩展直到影响构件失效需要一个过程，这个过程也许需要几个月也有可能是几年甚至几十年，所以某些裂纹缺陷并不会影响结构的使用或者在短时间不会对设备造成损害继而产生危险，那么在检测出这些裂纹缺陷后找到这些缺陷扩展到影响构件使用的时间区间是非常有必要的，最理想的情况是能对裂纹的状态进行监测和安全评定。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，通过传感器单元实时监测在役的容器裂纹的应力变化并及时反馈给运算单元，实现实时裂纹扩展状态评定，提升评定的可靠性和效率。
2、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，通过应变值计算单元计算得到裂纹中心对应的容器外壁的应变值，并进一步通过应力强度因子计算模块计算得到应力强度因子和裂纹拓展情况再将应力强度因子与容器材料的断裂韧性做比较，判断该含裂纹缺陷的压力容器是否有危险，在不适合服役的条件下，向外发出信号；大大提升评定过程的精度和可靠性。
3、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，在应力强度因子计算模块中设置裂纹深度、裂纹中心外壁应变和裂纹中心应力强度因子的对因关系的数据库，实现数组对应；从而大大简化参数分析过程，直接通过数组对应关系查找应力强度因子参数，进而得到裂纹扩展情况，高效可靠。
4、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，采用应变传感器以及与之相连的模数转换器，进一步采用光纤光栅应变式传感器，实现高精度的监测。
5、本申请实施例中提供的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，采用光纤传感器以及与之相连的光波检测仪；光纤传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态；光波检测仪接收所述光纤传感器的反馈信号并测量波长并发送给所述应变值计算模块；监测过程中不产生电流，从而可保证在任何工况和输送介质都可以正常工作，不受影响，从而保证监测可靠性。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，其特征在于，包括：传感器单元以及运算单元；
所述传感器单元与所述运算单元相连，向所述运算单元发送监测到的信息；
所述运算单元包括：
应变值计算模块，与所述传感器单元相连，获取所述传感器单元的检测数据并依其计算对应应变值；
深度计算模块，与应变值计算模块相连，获取应变值并依其计算容器内部裂纹深度；
应力强度因子计算模块，与所述深度计算模块相连，获取所述裂纹深度值并依其计算裂纹尖端处应力强度因子值；
判断模块，与所述应力强度因子计算模块相连，获取所述裂纹尖端应力强度因子并与该压力容器材料的断裂韧性值比较；
其中，所述判断模块输出的比较结果表征裂纹的状态，指示是否适合继续服役；
传感器单元粘贴在含纵向内裂纹缺陷的压力容器外表面，监测得到的裂纹中心对应的容器外壁的应变，通过应变值计算单元计算得到裂纹中心对应的容器外壁的应变值；
在应力强度因子计算模块中设置裂纹深度、裂纹中心外壁应变和裂纹中心应力强度因子的对应关系的数据库，实现数组对应；
所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子；
所述应力强度因子计算模块中设置所述应变值与所述应力强度因子以及裂纹扩展情况为数组对应关系，一组所述应变值对应一个所述应力强度因子以及一个裂纹扩展情况。
2.如权利要求1所述的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，其特征在于，所述传感器单元包括：应变传感器以及与之相连的模数转换器；
所述应变传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态并将监测信息通过所述模数转换器转换成数字信号发送给所述应变值计算模块。
3.如权利要求1所述的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，其特征在于：所述应变传感器采用光纤光栅应变式传感器。
4.如权利要求1所述的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，其特征在于，所述传感器单元包括：所述应变传感器采用光纤传感器以及与之相连的光波检测仪；
所述光纤传感器设置在所述含纵向内裂纹缺陷的压力容器上，监测裂纹状态；
所述光波检测仪接收所述光纤传感器的反馈信号并测量波长并发送给所述应变值计算模块。
5.如权利要求2或4所述的含纵向内裂纹缺陷压力容器裂纹扩展情况监测系统，其特征在于，还包括报警模块；所述报警模块与所述判断模块相连，依据所述判断模块输出的比较结果执行报警动作。
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Granted publication date: 20181106 |
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