一种压力管道元件非爆破型式试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力管道元件非爆破型式试验方法，包括以下步骤：对三通管件进行加压测量，得到应变片在不同压力下应变值ε1、ε2、ε3；计算得到各试验点在各加载内压下的第一主应力σ1、第二主应力σ2以及σmises应力的值；对于三通和弯管对比比较部分点第一主应力σ1和理论第一主应力的值，以判断试验数据的有效性；选取最大加载内压下应力最大点分析加载过程中加载内压P与σmises应力关系，按线性拟合结果预测发生屈服时的内压Ppred；对于不同管道形式，根据理论推导其屈服时最大承载内压Ps，如果Ppred>Ps，则管道元件的实际承载压力大于理论预测内压，满足强度要求；否则，测试结果不满足要求。
【专利说明】一种压力管道元件非爆破型式试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工程元件的试验方法，特别是一种压力管道元件非爆破型式试验方法。
【背景技术】
[0002]管道广泛应用于石油化工行业中，随着技术的发展，管道应力的分析水平也在进步并已有了很多成熟的理论和经验，这为管道的设计与制造提供了良好的基础。根据实际需求，管道需要连接三通，由于三通几何结构的特殊性，数学分析困难，各国设计标准也大多采用压力面积法等经验手段计算，但并不能完整的得到三通的应力分布，从而无法从整体上分析三通的结构和材料性能是否符合条件。弯管由于制造工艺的限制，壁厚大小不一致，弯曲端口呈椭圆形，应力分布不符合理想情况的分布，同样也无法分析弯管结构及材料性能是否符合使用情况
[0003]传统的爆破试验的目的是检查压力容器的各项机械性能、结构设计的合理性与可靠性，以及实际安全裕度的大小和其它方面性能。但是爆破试验是一种破坏性试验，试验后的元件无法再次使用，造成浪费；随着技术的发展，超高压、超高温的压力容器和管道元件使用越来越多，元件的壁厚也越来越厚，如果进行爆破试验需要可能上百甚至更高的压力，试验条件要求很高，花费也比较大；随着化学工艺和新型材料的发展，特种材料也广泛应用于压力容器以及管道中，由于其特殊性，特材三通、弯管大多由国外指定厂商制造，加工工艺复杂，造价昂贵，进行破坏性的爆破试验元件产生不可逆的后果，无法再次使用，对工厂造成了时间和效益上的损失。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有爆破型式试验存在的问题和特材压力容器、管件发展的需求，运用材料在弹性状态下载荷和应力符合线性的特性，可以推导出实际情况下元件达到屈服时的承载压力的大小，与理论和经验公式比较，从而可以定量评价元件的结构和材料性能是否符合要求。
[0005]本发明公开了一种压力管道元件非爆破型式试验方法，用于三通或弯管管件，包括以下步骤:
[0006](I)首先依照布片方案对压力管道元件的各试验点进行测量厚度、贴应变片，然后根据加压方案对三通或弯管管件进行加压测量，得到各试验点在各加载内压下在0°、90°、45°三个角度上应变片各自对应的应变值ε2、ε 3;
[0007](2)利用⑴步骤的ε 1、ε 2、ε 3，根据广义胡克定律和Mises应力准则计算第一主应力σ?和第二主应力σ 2:
[0008]
【权利要求】
1.一种压力管道元件非爆破型式试验方法，其特征在于，用于三通或弯管管件，包括以下步骤: (1)首先依照布片方案对压力管道元件的各试验点进行测量厚度、贴应变片，然后根据加压方案对三通或弯管管件进行加压测量，得到各试验点在各加载内压下在0°、90°、45°三个角度上应变片各自对应的应变值￡ι、ε2、ε3; (2)利用(I)步骤的ει、ε2、ε3，根据广义胡克定律和Mises应力准则计算第一主应力O I和第二主应力O 2:
计算测试点的Mises应力σ mises:
式中，E为材料的弹性模量； μ为材料的泊松系数； (3)根据步骤(2)得到的第一主应力σi和第二主应力σ 2，验证试验结果的有效性: 若压力管道元件的外直径与内直径的比值(Do/Di)maX≤1.1~1.2，则称为薄壁圆柱壳或薄壁圆筒，反之，则称为厚壁圆柱壳或厚壁圆筒； 对于薄壁圆筒，理论第一主应力
对于厚壁圆筒，理论第一主应力
其中，t为实际测量壁厚，P为设计压力，R为薄壁圆筒内径，K为厚壁圆筒内径与外径之比； 对于三通: 选取三通腹部圆筒部位的试验点，分别比较在各个内压下得到第一主应力σ i和理论第一主应力的值； 对于弯管: 选取弯管段与直管段相邻的试验点，分别比较在各个内压下得到第一主应力σ i和理论第一主应力的值； 对于三通和弯管，如果
，则判定在此压力下的试验结果有效，否则
判定试验结果无效；如果试验结果无效，排除该加载内压的压力值； (4)选取步骤(2)中最大内压下Mises应力Omises最大点，分析加压过程中加载内压与Mises应力关系，按线性拟合结果Oniises = a+bP，P为加载内压，a、b为线性拟合的参数，50≤ 300，-10 ≤ 10 ;计算发生屈服时的加载内压Pfted:
Os为室温下材料的屈服强度； (5)按屈服强度，计算管道元件的理论最大加载内压: 对于弯管，理论最大加载内压Ps计算公式为:
其中σ s为室温下弯管材料的屈服强度，S为设计的壁厚，d0为弯管的外径； 对于三通: 根据压力面积补强计算理论最大加载内压Ps:
式中: As为补强范围内三通纵断面上的承载面积，单位为平方毫米； Ap为补强范围内三通纵断面上的承压截面积，单位为平方毫米； Ps为单位为兆帕； O s为室温下三通材料的屈服强度，单位为兆帕； 比较⑷步骤中得到的Ppral和Ps的大小，如果ppral>ps，则管道元件的实际最大加载压力大于理论预测最大加载内压，满足强度要求；否则，测试结果不满足要求。
2.如权利要求1所述的一种压力管道元件非爆破型式试验方法，其特征在于，步骤(1)中所述的依照布片方案对各试验点进行测厚、贴片，布片按照理论计算和模拟计算得到。然后在加载前先在弹性范围内进行2次预载，以消除应变片滞后现象；以后每增加一个载荷增量后，采集应变数据，然后继续加载，直到管件设计压力的1.5倍以保证试验在材料弹性范围内进行；加压步骤加压次数不少于5次，每次保压时间不低于5分钟；同时，应测量卸压时的结构应变，作为加压时应变的对照。
3.如权利要求2所述的一种压力管道元件非爆破型式试验方法，其特征在于，步骤(5)中所述三通利用压力补强法求三通在屈服条件下的承载压力的，该计算公式来自GBT20801.3-2006:压力管道规范；弯管采用圆筒的最大周向应力公式求屈服条件下的承载压力。
【文档编号】G01N3/12GK104198294SQ201410484479
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】赵建平, 侯浩, 曾仲, 徐啸 申请人:南京工业大学