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淺談壓力管道安全評(píng)定模式探究論文
前言
壓力管道被廣泛應(yīng)用于化工、冶煉、電力等行業(yè)之中，在使用時(shí)，隨著耗損及服役年限的增長，容易出現(xiàn)老化及壞損現(xiàn)象，影響使用質(zhì)量，因此，為提高其安全性能，應(yīng)通過試驗(yàn)研究對(duì)管道的內(nèi)在規(guī)律及參數(shù)進(jìn)行把握，從而建立起安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)以保證管道運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性。
管道安全評(píng)定模式
完整性評(píng)定模式
目前，對(duì)于壓力管道“完整性”的研究多是從側(cè)面對(duì)其進(jìn)行描述，因此其準(zhǔn)確含義還沒有得到確認(rèn)。通常情況下，在滿足管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸前提之下，管道系統(tǒng)的構(gòu)成完整程度我們將其視為管道完整性。這一評(píng)定涉及范圍極廣，例如：基于完整性的管道安全評(píng)定模式在對(duì)管道覆蓋層進(jìn)行評(píng)定時(shí)就需要考察其缺陷及各項(xiàng)性能指標(biāo)，包括缺陷位置、程度及是否滿足管道運(yùn)行情況等。
對(duì)于管道完整性進(jìn)行評(píng)定的技術(shù)主要是依靠不同的手段，從不同的方向出發(fā)對(duì)影響管道完整性的因素進(jìn)行評(píng)定，屬于近年來的新興技術(shù)，國內(nèi)對(duì)此研究目前已經(jīng)取得一定成果，能以無損檢測技術(shù)對(duì)壓力管道情況進(jìn)行檢驗(yàn)，然后對(duì)其使用情況進(jìn)行評(píng)估進(jìn)而推算出管道剩余的使用年限，實(shí)現(xiàn)對(duì)其安全性的評(píng)定。
可靠性評(píng)定模式
基于可靠性的壓力管道安全評(píng)定充分利用到了物理理論及各種概率計(jì)算，它把壓力管道系統(tǒng)看作一個(gè)整體，類似于電路一樣的串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)管道系統(tǒng)的故障率情況，進(jìn)而計(jì)算分析其可靠度。以某段管道為例：先通過系統(tǒng)分析，計(jì)算出該段管道的可靠性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其故障模式的分析，找出可能導(dǎo)致故障的原因，基于可靠性的觀點(diǎn)，提出優(yōu)化該管道的具體策略，以確保壓力管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)能夠有可靠指標(biāo)做指導(dǎo)。
壓力管道安全評(píng)定模式的應(yīng)用概述
本章所述壓力管道安全評(píng)定模式是適用于在用壓力管道的。這種安全評(píng)定模式主要基于安全評(píng)定系統(tǒng)，在確保安全適用的前提之下，對(duì)管道整體性能進(jìn)行評(píng)定，找出系統(tǒng)中存在的缺陷，進(jìn)而通過信息數(shù)據(jù)的計(jì)算分析實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力管道的安全評(píng)定。
系統(tǒng)概述
對(duì)壓力管道進(jìn)行安全評(píng)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持完整性、可靠性、實(shí)用性原則。同時(shí)盡量保證系統(tǒng)簡介、靈活，具有可維護(hù)性，提高其使用性能。該種對(duì)在用壓力管道進(jìn)行安全評(píng)定的系統(tǒng)其主要構(gòu)成有以下幾部分：
�、� Visual Basic，用于開發(fā)和創(chuàng)建應(yīng)用程序，具有可視性，功能強(qiáng)大;
�、� FORTRAN，高級(jí)編程語言，用于科學(xué)計(jì)算，特別適用于計(jì)算矩陣及復(fù)數(shù);
�、� OpenGL，專業(yè)接口，用于連接三維圖像程序，便于調(diào)用圖形庫，能夠在平臺(tái)間移植，與①兼容能很好的保證計(jì)算準(zhǔn)確度。
管道單元輸入
在該系統(tǒng)的界面，安全評(píng)定技術(shù)人員可以在系統(tǒng)內(nèi)輸入管單元數(shù)據(jù)，首先對(duì)管單元起始、終止點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，將其錄入之后再輸入管道單元類型，包括大小頭、剛性件等。此外，對(duì)管單元的方向投影、壁厚、外徑等也要進(jìn)行錄入。添加數(shù)據(jù)時(shí)，如遇錯(cuò)誤，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)提示并立即停止運(yùn)算，具有較高的安全性。
在輸入完成之后，需要在系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置中對(duì)管單元的相關(guān)情況進(jìn)行調(diào)整，如單位制、坐標(biāo)系的選擇等，在應(yīng)力分析參數(shù)方面，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中將1.2([]20 + []t)規(guī)定為允許使用應(yīng)力值，其中[]20 的表示意義為20℃，而[]t 則表示在壓力管道運(yùn)行溫度下的許用應(yīng)力。此外，根據(jù)材料特性還可適當(dāng)錄入相應(yīng)參數(shù)，讓系統(tǒng)程序與壓力管單元情況更為接近，這一環(huán)節(jié)的設(shè)置界面如圖所示，通過這些數(shù)據(jù)的完善，該系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管線的模擬計(jì)算。
管系視圖
該系統(tǒng)之下對(duì)壓力管道安全模式的評(píng)定可以實(shí)現(xiàn)三維視圖，以此來對(duì)管道的真實(shí)情況進(jìn)行模擬，這一過程對(duì)于管道的安全評(píng)定而言十分重要，通過程序設(shè)計(jì)，依照視覺原理，該系統(tǒng)首先能夠在平面的基礎(chǔ)之上構(gòu)建出一個(gè)三維場景。
在平面上實(shí)現(xiàn)管道立體性，其操作程序較為復(fù)雜，主要操作如下：先建立管道模型，例如：利用36 個(gè)平面，實(shí)現(xiàn)管道柱形的立體直觀性。然后輸入管道長度，對(duì)它計(jì)算則可利用如下公式，其中，x、y、z 為立體三維坐標(biāo)。彎頭位置能在系統(tǒng)中顯示的前提是基于圓環(huán)單元的操作，根據(jù)其彎度及半徑情況將這些圓環(huán)單元進(jìn)行連接，其具體的模型顯示如下。
模型建立完成之后，為保證模型顯示準(zhǔn)確，需做好空間定位工作。為解決這一問題，可使用四元數(shù)理論來進(jìn)行空間處理。
計(jì)算及處理
這一部分的管單元輸入及空間模型的編繪主要用作對(duì)壓力管道的應(yīng)力計(jì)算，該系統(tǒng)的管道單元界面具有直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的程序，在錄入好管道數(shù)據(jù)之后直接點(diǎn)擊計(jì)算便完成操作，計(jì)算結(jié)果會(huì)以“txt”的形式展現(xiàn)出來，分為文件、統(tǒng)計(jì)表兩種，內(nèi)容上包括各種參數(shù)值，如參數(shù)表、反力表、最大應(yīng)力表等，具有很好的使用價(jià)值。
安全評(píng)定模式應(yīng)用實(shí)例
某公司在壓力管道在役期間想要對(duì)其中某一段管道進(jìn)行安全評(píng)定，以確保管道使用性能。該公司壓力管道所處位置正常情況下的溫度為20℃，在工作期間，其管道壓力及溫度則可以達(dá)到7850kg/m3 和300℃。該段待評(píng)定管道的外徑及壁厚分別為72cm 和0.9cm，20℃和300℃下其許用應(yīng)力分別規(guī)定為134MPa 和113MPa。
在對(duì)該段管道進(jìn)行安全評(píng)定時(shí)，首先技術(shù)人員先將該段管道劃分成83 個(gè)管單元，標(biāo)注出其起點(diǎn)、終點(diǎn)、方向投影等相關(guān)數(shù)據(jù)。在標(biāo)注完成之后分析計(jì)算這些管單元的應(yīng)力情況，并記錄出其工作狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。在完成上述操作之后，技術(shù)人員開始在系統(tǒng)中模擬管道三維圖。在對(duì)該壓力管道進(jìn)行評(píng)定時(shí)，27 - 28 管單元中存在裂紋缺陷，其長度為2cm，對(duì)其進(jìn)行評(píng)定的過程中。
小結(jié)
綜上所述，壓力管道安全評(píng)定模式有多種，限于版面本文只介紹了其中的幾項(xiàng)內(nèi)容，希望今后能在此基礎(chǔ)之上做進(jìn)一步的研究，同時(shí)，也希望相關(guān)人員能加大對(duì)管道安全評(píng)定工作的重視，優(yōu)化評(píng)定模式，為壓力管道在各行業(yè)中的安全使用奠定基礎(chǔ)。
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