RU2032163C1 - Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life - Google Patents
Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life Download PDFInfo
- Publication number
- RU2032163C1 RU2032163C1 RU93009020A RU93009020A RU2032163C1 RU 2032163 C1 RU2032163 C1 RU 2032163C1 RU 93009020 A RU93009020 A RU 93009020A RU 93009020 A RU93009020 A RU 93009020A RU 2032163 C1 RU2032163 C1 RU 2032163C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- value
- metal structure
- corrosion
- change
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к диагностике и прогнозированию состояния материала в металлоконструкциях и может быть использовано для оценки остаточного ресурса и периодичности обследования металлоконструкций сосудов и аппаратов давления в строительной, энергетической, химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention relates to the diagnosis and prediction of the state of the material in metal structures and can be used to assess the residual life and frequency of inspection of metal structures of vessels and pressure apparatuses in the construction, energy, chemical, petrochemical and oil refining industries.
В технике известны различные методы исследования состояния материалов металлоконструкций, работающих в условиях воздействия таких эксплуатационных факторов, как повышение температуры и давления, агрессивные среды. Эти методы заключаются в определении изменений прочностных свойств материала. Известен способ диагностики состояния материала, заключающийся в определении его твердости. Однако недостатком известного метода является его недостаточная информативность, поскольку прочностная характеристика металла - твердость не учитывает изменение других важных механических свойств материалов и не является комплексной характеристикой состояния конструкции, по которой можно определить ее долговечность. Various techniques are known in the art for studying the state of metal construction materials operating under the influence of such operational factors as temperature and pressure increase, and aggressive media. These methods are to determine changes in the strength properties of the material. A known method for diagnosing the condition of the material, which consists in determining its hardness. However, the disadvantage of the known method is its lack of information, since the strength characteristic of the metal - hardness does not take into account changes in other important mechanical properties of materials and is not a complex characteristic of the state of a structure by which its durability can be determined.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ диагностики металлоконструкций, заключающийся в том, что в процессе эксплуатации проводят замеры ее толщины в N контрольных точках, сопоставляют полученные результаты замеров толщин с их исходными значениями, вычисляют скорость Vk коррозии металлоконструкции, по которой вычисляют ее остаточный ресурс.Closest to the proposed technical solution is a method for diagnosing metal structures, which consists in the fact that during operation they measure its thickness at N control points, compare the obtained results of thickness measurements with their initial values, calculate the corrosion rate V k of the metal structure, which calculates its residual resource.
Недостаток известного способа, являющегося стандартной методикой определения долговечности металлоконструкции, заключается в том, что при определении прочности конструкции учитываются лишь коррозионные процессы, приводящие к уменьшению толщины элементов конструкции, а следовательно, и к уменьшению остаточного ресурса. The disadvantage of this method, which is a standard method for determining the durability of metal structures, is that when determining the strength of a structure, only corrosion processes are taken into account, leading to a decrease in the thickness of the structural elements and, consequently, to a decrease in the residual life.
Однако в реальных условиях эксплуатации, при которых работают металлоконструкции, сосуды и аппараты давления, изменяются механические свойства металла, включающие не только прочностные его свойства, но и характеристики трещиностойкости, в том числе критический коэффициент интенсивности напряжения. Поэтому определение долговечности металлоконструкции лишь по коррозионному износу в ряде случаев приводит к ошибочным результатам, так как иногда в процессе их эксплуатации не наблюдается заметной коррозии, либо коррозия полностью отсутствует, но в то же время наблюдается заметное снижение характеристик трещиностойкости материалов, которые существенно влияют на остаточный ресурс конструкции. However, in real operating conditions, under which metal structures, vessels and pressure apparatuses work, the mechanical properties of the metal change, including not only its strength properties, but also crack resistance characteristics, including the critical stress intensity factor. Therefore, the determination of the durability of a metal structure only by corrosion wear in some cases leads to erroneous results, since sometimes during their operation there is no noticeable corrosion, or corrosion is completely absent, but at the same time there is a noticeable decrease in the fracture toughness of materials, which significantly affect the residual construction resource.
Цель изобретения - повышение достоверности диагностики и точности определения остаточного ресурса металлоконструкции за счет не только учета коррозионных процессов в металле, но и изменения их характеристик трещиностойкости под действием эксплуатационных факторов. The purpose of the invention is to increase the reliability of diagnostics and the accuracy of determining the residual life of a metal structure due to not only consideration of corrosion processes in the metal, but also changes in their crack resistance characteristics under the influence of operational factors.
Поставленная цель достигается тем, что в способе диагностики металлоконструкций, сосудов и аппаратов давления, заключающемся в том, что производят замеры толщин металлоконструкций в N контрольных точках, сопоставляют полученные результаты замеров толщин с их исходными значениями, вычисляют коррозионный износ, определяют скорость Vkкоррозии, из полученных N значений скорости Vk коррозии выбирают максимальное, дополнительно в металлоконструкции определяют области наибольшей опасности повреждения, в выбранных областях производят отбор M проб металла механическим путем, для каждой из М проб металла определяют величину смещения температурной зависимости характеристик трещиностойкости из полученных М значений величины смещения температурной зависимости характеристик трещиностойкости выбирают максимальное значение, по которому определяют скорость VΔ смещения температурной зависимости характеристик трещиностойкости за период эксплуатации, по значению скорости Vk коррозии металла определяют изменение во времени максимального значения напряжения Smax (t) в областях наибольшей опасности повреждения металлоконструкции, по скорости VΔ смещения температурной зависимости характеристик трещиностойкости определяют изменения критического значения напряжения Sкр (t), вызывающего разрушение металлоконструкции, а остаточный ресурс эксплуатации металлоконструкции определяют по формуле:
Δ t = t1 - to, где to - момент обследования металлоконструкции,
t1 - момент времени, при котором Smax (t) = Sкр (t).This goal is achieved by the fact that in the method for diagnosing metal structures, vessels and pressure apparatuses, namely, that they measure the thickness of metal structures at N control points, compare the results of thickness measurements with their initial values, calculate the corrosion wear, determine the corrosion rate V k , from the obtained N values of the corrosion rate V k , the maximum is selected, in addition, the areas of greatest risk of damage are determined in the metal structures, in the selected areas, M metal samples mechanically, for each of M metal samples, determine the offset value of the temperature dependence of the fracture toughness characteristics; from the obtained M values of the offset of the temperature dependence of the fracture toughness characteristics, select the maximum value by which the offset temperature V Δ of the temperature dependence of the fracture toughness characteristics for the period of operation is determined by the value velocity V k corrosion metal determine the change in the maximum value S max voltage over time (t) in the fields n great- est danger of damaging metal, the speed V Δ offset temperature dependence of fracture toughness characteristics determine critical voltage change S cr (t), causing destruction of the metal, and the residual metal resource exploitation is given by:
Δ t = t 1 - t o , where t o is the moment of inspection of the metal structure,
t 1 is the point in time at which S max (t) = S cr (t).
В соответствии с изобретением критерием оценки остаточного ресурса является условие возникновения трещин или распространения уже имеющихся трещин в наиболее напряженных объемах металла с учетом развития процессов коррозии и деградации механических свойств металла сварных соединений. В процессе эксплуатации оборудования в момент обследования определяют области наибольшей опасности повреждения. Эти области характеризуются повышенной температурой, неоднородностью строения материала в участках сварных соединений и наибольшим силовым напряжением. В этих областях вырезают М образцов металла или путем скола, среза, спила отбирают М микропроб металла. Полученные образцы подвергают испытанию для определения степени охрупчивания металла к моменту обследования. Степень охрупчивания металла зависит как от состояния внутри зерен, так и от строения и химического состава границ зерен. Эксплуатационные факторы (температура, давление, агрессивность среды) в существенной степени влияют на состояние и химический состав границ зерен и по величине могут в несколько раз превышать эффект охрупчивания от изменения металла внутри зерен. По строению изломов образцов устанавливают степень fm межзеренного охрупчивания, обусловленную ослаблением границ зерен. Для каждого из М образцов или проб металла на момент обследования определяют зависимость характеристик трещиностойкости металла от температуры. В качестве таких характеристик могут быть выбраны критический коэффициент интенсивности напряжения К1С, величина критического раскрытия трещины δC, критическая величина джи интеграла J1C и другие силовые и деформационные характеристики. Информационным параметром для прогнозирования долговечности исследуемого оборудования является величина смещения характеристики трещиностойкости по оси температур за период эксплуатации, т.е. за время от момента ввода объекта в эксплуатацию до момента обследования. Определение этого параметра возможно осуществить двумя путями:
1. Сравнивают полученную на момент обследования характеристику трещиностойкости с исходной характеристикой, определенной на момент ввода оборудования в эксплуатацию и вычисляют величину ее температурного смещения Δ Т (см. чертеж).In accordance with the invention, the criterion for assessing the residual life is the condition for the occurrence of cracks or the propagation of existing cracks in the most stressed volumes of the metal, taking into account the development of corrosion processes and degradation of the mechanical properties of the welded metal. During the operation of the equipment at the time of the inspection, areas of greatest risk of damage are determined. These areas are characterized by elevated temperature, heterogeneity of the structure of the material in the areas of welded joints and the highest power voltage. In these areas, M metal samples are cut out, or M micro-samples of metal are taken by cleaving, cutting, sawing. The resulting samples are tested to determine the degree of embrittlement of the metal at the time of examination. The degree of embrittlement of a metal depends both on the state inside the grains and on the structure and chemical composition of the grain boundaries. Operational factors (temperature, pressure, aggressiveness of the medium) significantly affect the state and chemical composition of grain boundaries and can be several times larger than the effect of embrittlement from changes in the metal inside the grains. According to the structure of fractures of the samples, the degree f m of intergranular embrittlement is determined due to the weakening of grain boundaries. For each of the M samples or metal samples at the time of the examination, the temperature dependence of the fracture toughness characteristics of the metal is determined. As such characteristics, the critical stress intensity factor K 1C , the critical crack opening value δ C , the critical value g of the integral J 1C, and other force and deformation characteristics can be selected. An information parameter for predicting the durability of the equipment under study is the displacement value of the fracture toughness characteristic along the temperature axis during the operation period, i.e. for the time from the moment the facility is put into operation until the moment of inspection. The definition of this parameter can be done in two ways:
1. Compare the fracture toughness characteristic obtained at the time of the examination with the initial characteristic determined at the time the equipment was put into operation and calculate its temperature displacement Δ T (see drawing).
2. Определение величины Δ Т температурного смещения характеристики смещения возможно и по скорости охрупчивания металла. Для этого исследуют кристаллические изломы отобранных М микропроб, по строению изломов устанавливают долю Еm межзеренного разрушения в кристаллическом изломе. Тогда величина смещения Δ Т определяется по формуле:
Δ Т = Δ То + k Δ Fm, где Δ То - прирост критической температуры хрупкости за счет деформационного старения.2. The determination of the value Δ T of the temperature shift of the shift characteristic is also possible by the rate of embrittlement of the metal. For this, crystalline fractures of the selected M microsamples are examined, the fraction E m of intergranular fracture in the crystalline fracture is determined by the structure of the fractures. Then the displacement Δ T is determined by the formula:
Δ Т = Δ Т о + k Δ F m , where Δ Т о is the increase in the critical temperature of brittleness due to strain aging.
k - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида межзеренного разрушения. k is the coefficient of proportionality, depending on the type of intergranular destruction.
Δ Fm - прирост доли межзеренного разрушения за время эксплуатации на поверхности разрушения, исключая участки ямочного вязкого разрушения.Δ F m - the increase in the share of intergranular fracture during operation on the fracture surface, excluding areas of patchy viscous fracture.
Величина температурного смещения Δ Т характеристики трещиностойкости существенным образом зависит от степени развития процессов обратимой отпускной хрупкости, тепловой хрупкости, коррозионного растрескивания, наводораживания металла и других охрупчивающих факторов. Анализируют полученные М значения величин Δ Т смещений и из них выбирают максимальное значение Δ Т, предоставляющее наибольшую вероятность хрупкого разрушения. The magnitude of the temperature shift Δ T of the crack resistance characteristic substantially depends on the degree of development of the processes of reversible temper brittleness, thermal brittleness, corrosion cracking, hydrogen pickup of the metal and other embrittlement factors. The obtained M values of the Δ T displacement values are analyzed and the maximum Δ T value that provides the greatest probability of brittle fracture is selected from them.
Выбранное значение величины смещения Δ Т характеристики трещиностойкости сопоставляют с длительностью эксплуатации конструкции и определяют скорость VΔ смещения характеристики трещиностойкости за время эксплуатации по формуле
VΔ = Δ Tmax/to, где to - время эксплуатации.The selected value of the displacement Δ T the fracture toughness characteristics are compared with the duration of the operation of the structure and determine the speed V Δ bias of the fracture toughness characteristics during operation according to the formula
V Δ = Δ T max / t o , where t o - operating time.
Долговечность конструкции определяется как скоростью изменения критических значений силовых или деформационных характеристик трещиностойкости, так и скоростью изменения напряженно-деформационного состояния конструкции, обусловленной коррозионным износом. Для определения скорости Vk коррозии измеряют толщину стенок металлоконструкции в основных силовых ее зонах, сравнивают полученные значения с исходными значениями на момент ввода конструкции в эксплуатацию и определяют скорость коррозионного износа Н элементов конструкции. Из полученных значений выбирают максимальное значение Нmax(из соображений выбора наиболее опасной ситуации с точки зрения разрушения) и, учитывая длительность to эксплуатации, определяют скорость коррозии Vk металла по формуле:
Vk = Нmax/to
Условием разрушения металлоконструкции (а значит, и критерием оценки остаточного ресурса) является достижение расчетной силовой или деформационной характеристикой трещиностойкости ее критического значения в наиболее напряженных объемах металлоконструкции. В качестве этого условия может быть достижение максимального напряжения Smax (t) уровня критического напряжения Sкр (t), т.е.The durability of the structure is determined by both the rate of change of critical values of the force or deformation characteristics of crack resistance, and the rate of change of the stress-strain state of the structure due to corrosion wear. To determine the corrosion rate V k, the wall thickness of the metal structure in its main power zones is measured, the obtained values are compared with the initial values at the time the structure was put into operation, and the corrosion wear rate H of the structural elements is determined. From the obtained values choose the maximum value of N max (for reasons of choosing the most dangerous situation from the point of view of destruction) and, taking into account the duration t o operation, determine the corrosion rate V k of the metal by the formula:
V k = N max / t o
The condition for the destruction of the metal structure (and, therefore, the criterion for assessing the residual life) is to achieve the calculated force or deformation characteristic of the crack resistance of its critical value in the most stressed volumes of the metal structure. As this condition, the maximum voltage S max (t) of the level of critical voltage S cr (t) can be reached, i.e.
Smax(t) = Sкр(t),
а) Smax(t) = σo˙γo/γ (t)
γ (t) = γo - Vk ˙t , где γo - толщина наиболее напряженного расчетного сечения металлоконструкции на момент обследования;
Vk - скорость коррозии;
t - текущее время;
σo - приложенное напряжение
б) Sкр(t) = Sкр(Тэ - VΔ ˙t);
Тэ - температура эксплуатации;
Sкр (t) - температурная зависимость критического значения силовой или деформационной характеристики трещиностойкости;
VΔ - скорость смещения S (t);
t - текущее время.S max ( t) = S cr (t),
a) S max (t) = σ o ˙γ o / γ (t)
γ (t) = γ o - V k ˙ t, where γ o is the thickness of the most stressed design section of the metal structure at the time of the survey;
V k is the corrosion rate;
t is the current time;
σ o - applied voltage
b) S cr (t) = S cr (T e - V Δ ˙t);
T e - operating temperature;
S cr (t) is the temperature dependence of the critical value of the force or deformation characteristics of crack resistance;
V Δ is the displacement rate S (t);
t is the current time.
Таким образом, остаточный ресурс металлоконструкции определяется по формуле
Δ t = t1 - to, где to - момент обследования металлоконструкции;
t1 - момент времени, при котором Smax(t) = Sкр(t).Thus, the residual life of the metal structure is determined by the formula
Δ t = t 1 - t o , where t o is the moment of inspection of the metal structure;
t 1 is the point in time at which S max (t) = S cr (t).
Таким образом, учет изменения механических свойств, характеристик трещиностойкости позволяет не только повысить точность и надежность определения остаточного ресурса оборудования, но и проводить его определение даже в том случае, когда в оборудовании практически не наблюдается коррозии. Как правило, наиболее опасными являются хрупкие разрушения конструкций, когда охрупчивание металла связано с визуально не выявляемыми изменениями в структуре, строении и химическом составе границ зерен конструкционных материалов. К числу таких опасных явлений относится тепловая хрупкость, водородная хрупкость, коррозионное растрескивание под напряжением, щелочная и хлоридная хрупкость и т.д. Thus, taking into account changes in mechanical properties and crack resistance characteristics allows not only to increase the accuracy and reliability of determining the residual life of the equipment, but also to determine it even when corrosion is practically not observed in the equipment. As a rule, brittle fractures of structures are most dangerous when embrittlement of a metal is associated with visually undetectable changes in the structure, structure and chemical composition of grain boundaries of structural materials. Among these dangerous phenomena are thermal brittleness, hydrogen brittleness, stress corrosion cracking, alkaline and chloride brittleness, etc.
Claims (1)
Δt = t1-to,
где tо - момент обследования металлоконструкции;
t1 - момент времени, при котором Sm a x(t)=Sк р(t).METHOD OF DIAGNOSIS OF STEEL VESSELS AND APPARATUS PRESSURE AND DEFINITIONS OF RESIDUAL CAPACITY, comprising the steps that produce thickness measurements metal in N control points correlate the results of thickness measurements with their initial values, calculated corrosive wear, determine the speed V the corrosion metal, the obtained N V the corrosion rate values selected maximum and calculating residual life metal, characterized in that the metal determines the region the greatest risk of damage to selected areas produce a selection of M samples of the metal by mechanical means, for each of the M metal samples determine an offset value of the temperature dependence characteristics of the crack resistance, of the resulting M values of offset values selected maximum value, which determine the speed V Δ offset temperature dependence characteristics treshchinostojkosti for the period of operation, the value of the speed V to corrosion of the metal of the metal structure determines the change in time of the maximum value the voltage S m a x (t) in the areas of greatest danger of damage to the metal structure, the change in the critical value of the voltage S to p (t) causing the destruction of the metal structure is determined by the rate V Δ of the temperature dependence of the crack resistance characteristics, and the residual life Dt of the operation of the metal structure is determined by the formula
Δt = t 1 -t o ,
where t about - the moment of examination of the metal;
t 1 is the point in time at which S m a x (t) = S to p (t).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93009020A RU2032163C1 (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93009020A RU2032163C1 (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2032163C1 true RU2032163C1 (en) | 1995-03-27 |
| RU93009020A RU93009020A (en) | 1995-07-20 |
Family
ID=20137473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93009020A RU2032163C1 (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2032163C1 (en) |
-
1993
- 1993-02-19 RU RU93009020A patent/RU2032163C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Методика оценки ресурса остаточной работоспособности технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств. Волгоград, 1991. * |
| Отраслевой стандарт ООТ 26-01-14-34-84. Сварка стальных технологических трубопроводов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа./ Технические требования. М.: Министерством химического и нефтяного машиностроения, 1981, с.195. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dean et al. | Creep crack growth behaviour of Type 316H steels and proposed modifications to standard testing and analysis methods | |
| AU2010200506B2 (en) | Method for assessing remaining lifespan of bolt used at high temperatures | |
| CA2854538C (en) | Remaining life assessment method for heat-resisting steel member | |
| Woloszyk et al. | Stress–strain model of lower corroded steel plates of normal strength for fitness-for-purpose analyses | |
| Zarea et al. | Full scale experimental database of dent and gouge defects to improve burst and fatigue strength models of pipelines | |
| Akid et al. | Fatigue damage accumulation: the role of corrosion on the early stages of crack development | |
| RU2032163C1 (en) | Method of diagnosis of metal structures, pressure vessel and gear and determination of remaining operational life | |
| Bhuyan et al. | Prediction of fatigue crack initiation lives for welded plate T-joints based on the local stress-strain approach | |
| Kot | Hydrogen attack, detection, assessment and evaluation | |
| Webster | Fracture mechanics in the creep range | |
| RU2139515C1 (en) | Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life | |
| JPH06222053A (en) | Deterioration diagnostic method for ferrite based heat-resistant steel | |
| RU2796240C1 (en) | Method for determining the degree of wear of equipment under the influence of corrosion | |
| RU2354957C1 (en) | Method of evaluating tendency of alloys to stress-corrosion cracking | |
| RU2691751C1 (en) | Method of determining limit state of material of main gas pipelines | |
| RU2221231C2 (en) | Procedure establishing residual life time of metal of main pipe-line | |
| RU2169357C2 (en) | Method determining plastic component of deformation with brittle destruction during impact bending test | |
| RU2570237C1 (en) | Method of determining viscosity of metallic materials | |
| Łabanowski | Evaluation of reformer tubes degradation after long term operation | |
| Okazaki et al. | Creep-fatigue strength of long-term post-service 2· 1/4 Cr-1· Mo steel and remaining life estimation | |
| RU2108560C1 (en) | Method determining residual resource of structure | |
| Zavadil | Selection of reference value of longitudinal to transversal ultrasonic waves velocity ratio on pressure purpose steels for detection of creep | |
| RU2457478C1 (en) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels | |
| Socha | Fatigue damage indicators based on plastic deformation | |
| Tasdighi et al. | Application of small punch test in predicting the axial fatigue life of 304 stainless steel sheets |