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        技術支持

        儲油罐剩余使用壽命的評估方法
        摘要:通過對一批業已報廢的儲油罐進行清理、檢驗、統計, 分析其報廢的主要原因。對如何科學、準確、經濟、合理地確定儲油罐的剩余使用壽命,建立一套規范的計算程序加以確定。
        1 引言
        油庫使用的儲油罐運行使多年后, 有的腐蝕會相當嚴重。在確定儲油罐使用壽命的評估方法前, 首先我們必須清楚掌握儲油罐腐蝕的具體情況及產生的原因, 儲油罐鋼板厚度變化和發展趨勢, 儲油罐板材長時間使用后的性能變化。特別要掌握當油儲油罐經常受液位迅速變化和超載而導致的焊縫機械損傷及疲勞裂縫的趨勢。其次要了解藏底板邊緣與罐壁板連接處存在的應力集中點(焊傷、焊縫隱裂紋、腐蝕缺陷等機械損傷) ; 儲油罐長期帶動、靜荷運行, 金屬板材的力學特性會有所改變, 特別是高溫儲油罐在低溫中使用其使用壽命會降低, 極易發生破裂。
        2 儲油罐腐蝕情況及產生原因
        根據15 萬m 3 各類報廢儲油罐的統計資料發現, 正常工況下, 腐蝕是儲油罐受損、縮短使用壽命的主要原因, 儲氣罐罐頂是銹蝕最嚴重的部位; 其次是罐底板及外部邊緣。罐壁下半部位較少出現大面積的腐蝕坑。2.1 儲油罐頂和壁腐蝕及原因在報廢的儲油罐頂上可看到腐蝕極其嚴重,銹蝕坑連片密集, 而且有一定深度直至穿孔??讖酱蟮某^115厘米, 平均蝕孔在4c m , 鐵銹大塊剝離, 頂面凸凹不平, 變形嚴重, 已完全失去使用價用價值。造成罐頂發生嚴重腐蝕的主要原因是大多數拱頂罐已經使用多年。因南方天氣高溫、多雨、潮濕,靠近城市和海邊大氣酸雨和含鹽高等外部條件的共同作用, 再加上防腐措施不利, 使罐頂受腐蝕變得凹凸不平。凹處積水加速了電化學腐蝕, 使腐蝕坑擴大、加深。罐頂焊縫處的腐蝕明顯高于母材。原因是在焊后防腐時, 除銹、除渣不好, 造成局部腐蝕嚴重。罐外壁腐蝕主要是化學腐蝕和電化學腐蝕。內壁的腐蝕主要是電化學腐蝕。罐壁上半部腐蝕較嚴重。腐蝕最嚴重的部位是氣、液界面線下, 大約罐壁高五分之四處。同時, 由于液體中含氧量隨液面深度的增加而減少。形成氧濃差電池, 上部為陰極, 下部為陽極, 造成罐內腐蝕沿液面高度變化的顯著特點。
        2.2 罐底和外緣板的腐蝕及原因
        儲油罐底板內外面的腐蝕都比較嚴重。銹蝕坑分布廣, 深淺不均。外緣板內壁比上壁腐蝕嚴重, 銹蝕坑深且多, 大多數都穿孔, 使外緣板上翹。檢查中發現,底板外表面中心部分基本上無明顯腐蝕現象且墊層較干燥。越向邊緣, 腐蝕越嚴重。這與外部水分滲入有很大的關系, 而儲油罐內表面的腐蝕主要是由于罐底部有層或因油品含水而造成的。油品含硫沉積物、鹽分和其它氧化物與金屬表面直接接觸造成嚴重的電化學腐蝕。腐蝕是以大塊的鐵銹剝離或大蝕坑為主、伴有穿孔。通過對已報廢儲油罐拆除清場發現, 總的來說, 罐壁上無嚴重腐蝕。材質試樣經過拉伸試驗和晶相分析可以看出, 材質主要參數基本上是好的, 沒有太大的變化。只是底板和頂板材質因腐蝕嚴重, 材質的屈服強度明顯下降??梢赃@么說, 南方的氣候條件是造成儲油罐鋼板電化學腐蝕的主要原因,儲油罐內含水沉積物是引起儲油罐底板內表面腐蝕穿孔的主要原因; 儲油罐墊層的毛細現象、土壤中的礦物、水蒸氣、空氣中的鹽分和酸雨是造成儲油罐整體外表面腐蝕的主要原因。至于儲油罐的低溫脆性破裂造成的儲油罐破損,經模擬試驗, 發現主要是儲油罐本身制造的缺陷和結構上過高的應力集中處疲勞裂紋加上腐蝕而發展造成的。另外, 儲油罐內外表面金屬機械損傷的周期性積累,也會導致罐體抗荷強度能力的降低而發生腐蝕破裂。全腐蝕和點腐蝕則會顯著降低儲油罐整體對靜荷斷裂和動荷斷裂的承受能力。
        綜上所述, 評估儲油罐使用壽命時, 必須結合儲油罐金屬力學性質、各種外部條件的影響和儲油罐內液位靜壓力不斷變化的因素, 充分研究儲油罐整體由于靜荷和動荷可能造成的損害。同時,儲油罐金屬特性、腐蝕缺陷、機械性的損傷、負載等數值參數是服從概率規則的隨機變量。所以,可以肯定地說, 儲油罐使用壽命的數值也將是動態的、隨機的。采用這樣的方法應當是按概率規則求出這些數值, 而由此推測處于長期運行狀態的儲油罐各部位結構的可靠性和穩定性。
        3 如何建立正確評估儲油罐壽命的方法按目前掌握儲油罐報廢的原則: 一是盡可能
        延長使用年限, 發揮最佳的經濟效益; 二是只要不發生破損、跑漏事故就可以使用。時間到底多長要視具體罐的實際情況而確定。按現有關部門規定, 儲油罐報廢的主要條件是:1) 罐體三分之一以上的鋼板上出現嚴重的超過規定的點腐蝕; 2) 由于事故或自然災害受到嚴重損害無修復價值時;3) 大修費用為原設備價值的50 % 以上;4) 無力矩罐頂開裂無法恢復其原幾何狀態或中心柱嚴重傾斜者;5) 鋼板銹蝕凈金屬余厚: 4m m 鋼板的最小允許值為2.s m m ; 厚度大于4 m m 時, 允許最小值為原厚度減去Zm m 得出值。局部蝕坑, 4 m m鋼板允許深度為Zm m ; 大于4 m m 的鋼板允許深度為3 m m 以下。很顯然, 判斷儲油罐報廢的規定還有些缺陷。因此, 有必要建立一種采用所有有關強度和裂
        紋不穩定的準則、機械損傷機制、腐蝕機制、疲勞裂紋的增長數學模型等, 編制成計算機程序,使之成為儲油罐剩余使用壽命的評估方法。在該程序編制過程中, 要求選擇好儲油罐各種狀況下的運行參數、板材、加強附件、金屬性質、腐蝕程度機械損傷缺陷等數據, 并把這些數據分成兩大類( 即必需數據、暫時數據)。除了機械損傷、靜態裂紋穩定性和動態裂紋穩定性外, 其它的數據都為必需數據。在操作此程序過程中, 可以把中間數據、腐蝕程度的發展趨勢、裂紋在動態中的變化、損傷的積累等輸入, 同時, 也可把特殊工況條件輸入。在應用該程序對因腐蝕穿孔報廢的現儲油罐進行反推算來確定儲油罐的使用壽命時, 通過分析比較, 該模擬程序的結果與實際誤差可以控制在8% 之內。當然,要使該程序更具有普遍意義, 可以計算打印出各特殊工況條件下的計算結果,比較準確地確定不同工況條件下的儲油罐剩余使用壽命, 還必須解決以下實際技術問題。
        1) 根據儲油罐的使用情況、腐蝕程度和受損程度等資料來進行分析, 應對儲油罐各種缺陷及各項應檢查的資料進行統計, 建立一個數據庫,并且改進和研制儲油罐用的采集各有關數據的儀器儀表。2) 在對儲油罐各部位強度和使用壽命進行評估時, 除考慮儲油罐壁應力和罐頂因腐蝕而失穩的因素外, 還應考慮到使用壽命、外力和溫度變化對變形亦有很大的影響( 特別是高溫儲油罐)。所以有必要研制出能夠測試儲油罐真實應力狀態的儀器。3) 目前對已超年限使用儲油罐金屬機械性能的測試, 都是采用破壞方式而得到的。為更準確有效地評估儲油罐的使用壽命, 應研究并采用非破壞性方法來測定。例如紅外檢測技術、激光全息檢測技術、非金屬材料檢測等無損檢測新技術。4) 為評估儲油罐剩余使用壽命, 須知儲油罐各部位腐蝕程度、液位變化引起的液體壓力變化。這類數據可以通過觀察和計量油品的方法來獲得。當然, 這類數據須經過統計加工后,才能用于儲油罐使用壽命的評估。以因腐蝕為主要原因的儲油罐剩余使用壽命的計算機評估方法目前尚不完善。隨著技術難點的攻克, 該程序在儲氣罐使用過程中將不斷修正, 進一步完善。
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