复杂介质环境下承压设备主导损伤机制的判定与失效可能性分析

2003年以来我们按美国石油协会API 581,API 571等标准,在中国对承压设备开展了大量的风险评估技术研究,掌握了全国近80家大型炼油厂、化工厂及化肥厂的全部装置种类的在用承压设备的风险分布情况,形成了符合中国国情的典型石化装置的失效树及基于风险检验的指导技术文件。但在风险评估实施过程中发现,很多石化装置承压设备因腐蚀介质的多样性、影响因素的复杂性,在实际运行中存在着多种失效模式、失效机理的相互作用,这是现有的API 581标准所没有考虑到的,如果不能确定承压设备在实际服役环境中可能存在的主导失效模式和失效机理及次要机制的影响因素,得到的风险评估分析结果往往与实际情况存在较大差距。在石化承压设备失效事故调查分析、风险评估与试验研究的基础上,就石化工业若干典型复杂介质环境下承压设备多种失效机制共同作用时主导机制的判定方法与次要机制的影响规律开展了研究,针对API 581风险评价中失效可能性计算方法提出了改进建议。     

基于风险的在用超高压人造水晶釜检验

超高压人造水晶釜是制造人造水晶的重要设备,使用压力137MPa,使用温度370℃,介质为碱溶液,长期在高温高压下运行,失稳爆炸后果非常严重。以在用超高压人造水晶釜的失效机理和失效模式为基础,结合多年现场检验经验,讨论了基于风险的超高压人造水晶釜的检验策略和注意事项,对检验的具体项目要求做了详细的介绍,以便超高压人造水晶釜的使用、检验单位的同仁交流、研讨,旨在共同提高在用超高压人造水晶釜的检验水平和运行安全。     

基于(石化装置)系统RBI-SIL分析的承压设备完整性评估技术

石化装置中,静设备、动设备及仪表联锁是构成石化系统的三个重要组成部分,它们既能各自构建独立的体系,但又存在着密不可分的相互作用、风险传递关系。基于风险的管理(RBM)中,基于风险的检验(RBI)、以可靠性为中心的维护(RCM)与安全联锁完整性等级评估(SIL)涵盖了对静、动、仪的风险评估,但大量的实践表明,系统的失效是静设备、动设备与仪表联锁三个体系中某一环节的非正常动作,通过工艺介质的风险传递、扩大并相互作用,最终导致了承压类设备的失效,因此,简单、单一地对装置进行逐个评估,未必能覆盖系统中所有的失效可能。提出了一种基于石化装置系统RBI-SIL分析的承压设备完整性评估技术构思,其目的是可以更有效、更精确地评估系统风险,寻找系统产生风险的源头,制定更有效、优化的降险措施,尽可能地预防这种风险传递而导致承压设备失效事件的发生。     

煤化工装备中关键阀内件的失效行为及表面强化技术

针对煤化工装备中关键阀内件材质的劣化问题,采用宏/微观多尺度分析方法研究在不同服役工况下阀内件的失效风险因素,并提出阀内件表面的强化策略。结果表明：气-固稀相介质下阀内件失效行为是气-固两相冲蚀导致材料流失;气-固浓相介质下阀内件失效是气相和固相煤粉冲蚀、颗粒及黏着磨损等多种因素耦合,冲蚀所占比例较大;液-固介质下失效机理是腐蚀、冲蚀、磨损等多种因素耦合。基于阀内件失效风险,并结合材质的强-塑-韧适配性原理,提出了多功能一体化涂层的防控策略。通过超音速等离子喷涂技术在基体表面制备Ni Cr-Cr3C2金属-陶瓷涂层,涂层结构致密,硬度提高至HV0.31013。相比不锈钢材质,涂层硬度提高近5倍。拉伸测试表明,Ni Cr-Cr3C2涂层与基体结合强度达到67 MPa,且耐冲击性能优异,实现了材质表面的强化。     

基于CFD分析方法的氢气碱洗塔腐蚀失效分析

以某石化重整装置开裂碱洗塔为研究对象，分析氢气-碱液两相耦合腐蚀机理和碱洗塔失效原因。采用CFD技术，仿真模拟碱洗塔内部氢气-碱液流动流场，计算两相介质速度和动压力分布，并结合失效材料的化学成分、拉伸力学性能试验及塔内壁表面腐蚀产物分析，确定碱洗塔失效的原因是流动加速腐蚀，即潮湿含HCl的氢气与碱洗塔壁面接触，由于碱液流动存在不均衡性，HCl未与碱液中和而是与壁面发生腐蚀反应。同时，在高速氢气的作用下，腐蚀产物膜发生剥落，从而加速塔体壁面的减薄，最终在内压作用下发生开裂。该研究结果可为类似工艺装置与工况特点的在役承压设备避免相似损伤失效模式提供参考。     

基于风险的检测(RBI)中以剩余寿命为基准的失效概率评价方法

在中国三十余套石化装置开展基于风险的检测(RBI)实践经验积累的基础上,针对中国部分承压设备缺陷严重与长期服役的特点,分析了标准API 581中不考虑原始缺陷及以设计寿命为基准来计算失效概率的局限性,结合中国承压设备使用状况,提出了以剩余寿命为基准来计算评价失效概率的概念与方法,使得RBI的方法更为合理,尤其是当设备的损伤退化机理与时间相关且与超标缺陷共存时,提高了RBI分析结果的安全性。     

带压密封工程适用范围研究

基于带压密封工程的原理,研究了承压设备缺陷部位上存在的裂纹、壁厚减薄、刚度和强度的削弱,环连接面法兰线密封、极度危害介质、密封材料、金属材料、工器具等对带压密封工程适用范围的限制。根据国内现有带压密封工程的技术水平和成功的带压密封工程实例,论证了5项不能采用带压密封工程消除泄漏的原由,得出了带压密封工程适用范围的研究结果是:泄漏介质压力为400 Pa(绝压)~30 MPa(表压),温度为-180~800℃二项重要技术指标。     

考虑端部约束的厚壁容器轴向位移理论解研究

对承压设备变形量的精确计算有利于确保化工装置支座设计、管线安装等工艺的可靠性。然而尚未发现考虑端部封头约束的圆筒形容器在介质压力、温度等载荷作用下的轴向变形理论解,为此,基于旋转轴对称结构的平衡方程、物理方程、变形协调方程和边缘效应,推导了含球形封头的厚壁圆筒形容器在介质压力载荷作用下的轴向位移理论解,并与数值计算结果进行了对比分析,验证理论解的可靠性,表明该理论计算表达式可用于指导工程实际。     

电子元器件的失效机理分析

元器件的故障通常被称为失效,了解电子元器件的失效模式、失效机理和电子设备的故障机理,对于诊断设备的故障,保持设备固有的可靠性是十分重要的。文章分析了电子元器件的失效模式和失效机理。     

爆破片失效影响因素分析及失效案例

频繁发生的爆破片失效事故,为具有超压风险的容器及设备的安全运行带来了隐患。分析了可能引起爆破片失效的8个因素,分别为设计爆破压力或操作压力不当、设计爆破温度或操作温度不当、内部介质腐蚀、外部环境腐蚀、夹持力不足或不均匀、爆破片磕碰或损伤、爆破片进出口法兰配合不当、爆破片泄压侧防护不当等因素,详细探讨了各因素对爆破片爆破性能的影响规律,并给出了事故案例,可为防止爆破片发生类似失效事故提供参考。     

乙烯装置重要机泵以可靠性为中心的维修策略

介绍了乙烯装置重要机泵失效模式、影响及关键性分析(FMECA)结果,依据RCM分析方法所制定的维修策略及其对应的失效模式、失效原因、后果,说明乙烯装置中动设备的预防性维修主要针对四大压缩机组进行,对于有备台的泵机组而言基本可以执行状态检修乃至坏后修理的维修策略.     

运动机构可靠性仿真试验系统体系结构研究

针对工程实际复杂运动机构系统成本高、研制周期长、试验量少等特点,提出基于机液协同仿真模型的运动机构可靠性仿真分析方法。从工程实际运动机构系统的运动规律和系统性能出发,给出系统的主要失效模式并定量确定主要失效模式的失效判据,通过整合运动机构系统仿真模型可靠性分析的数据来源,建立并不断修正运动机构系统可靠性仿真模型,同时综合集成三维辅助建模软件、多体分析软件、有限元软件和控制系统建模软件等商用软件并结合经典可靠性分析方法,建立一个协同的运动机构可靠性仿真试验平台集成系统,从而对运动机构系统进行可靠性仿真试验分析与评估,为今后可靠性设计提供大量的有用信息。通过起落架落震可靠性仿真试验研究,表明该系统能够实现工程实际复杂运动机构可靠性仿真试验。     

RBI技术在起重机零部件失效概率计算中的应用

传统的起重机检验多采用定期检测的方法,检测周期不合理,且对高风险设备和关键部件的重视不够。参考承压设备RBI分析方法,建立了桥式起重机零部件失效概率求解的RBI计算模型:重新定义了起重机失效概率计算公式,基于系数修正法建立起重机失效概率计算模型,利用层次分析法计算各因子的权重,最后采用灰色综合评价法计算修正系数。基于风险的起重机零部件失效概率计算模型为建立起重机械科学合理的检测策略提供了基础,对起重机械事故预防与安全评估研究具有借鉴意义。     

飞机残骸与机-电失效分析

从分析飞机残骸入手,研究了飞机残骸分析在航空工程中的作用,探讨了飞机残骸中关于机械和仪电设备的失效特征,并指出了失效原因。     

安全阀失效模式和影响分析

讨论了安全阀在使用过程中出现的各种失效模式及产生原因,分析了对系统设备的影响程度,提出了相应的预防和维修保养措施。     

不同挤压载荷下圆柱形锂离子电池的失效机理试验研究

为满足电动汽车动力电池组耐撞性设计的要求,对不同机械滥用工况下锂离子电池单体的失效机理进行了试验研究.通过对三种不同容量的NCR18650圆柱形锂离子电池进行局部压痕和平面压缩加载试验,研究了锂离子电池样本的力-电-热响应,给出了失效电池样本的横截面破坏形式,具体讨论了加载形式和电池容量对锂离子电池失效的影响.研究结果...     

球形防喷器胶芯失效分析

球形防喷器胶芯是井控设备中的易损件,弄清胶芯的失效形式和原因对于提高其使用寿命和可靠性具有重要意义。根据球形防喷器的工作原理,分析胶芯在几种典型工况下的受力与变形规律;结合现场使用情况,总结出胶芯的主要失效形式有:胶芯上表面开裂和层块状脱落;胶芯内壁大块脱胶;胶芯底部与活塞接触处橡胶开裂;胶芯不能密封住井底高压流体;封井后胶芯不能及时恢复等。综合分析上述各种失效形式后,认为提高球形防喷器胶芯的密封可靠性和性能,应主要从胶芯材料和结构方面入手,即应优化胶芯和支撑筋的结构形状和尺寸,降低胶芯中的峰值应力;应改进胶芯橡胶材料配方和硫化工艺,提高橡胶的抗拉性能、扯断永久伸长率、耐油性能、抗老化性能等。     

水电厂机械主设备运行可靠性研究

通过对水电厂的发电设备进行分类,分析了水电厂机械主设备故障发生的主要原因.然后利用可靠性的基本原理和技术手段,分析水电厂机械主设备的故障模式及其影响,总结出提高水电厂机械主设备运行可靠性的管理方法和维修体制.     

Extensive risk analysis of mechanical failure for an epiphyseal hip prothesis: a combined numerical-experimental approach

There has been recent renewed interest in proximal femur epiphyseal replacement as an alternative to conventional total hip replacement. In many branches of engineering, risk analysis has proved to be an efficient tool for avoiding premature failures of innovative devices. An extensive risk analysis procedure has been developed for epiphyseal hip prostheses and the predictions of this method have been compared to the known clinical outcomes of a well-established contemporary design, namely hip resurfacing devices. Clinical scenarios leading to revision (i.e. loosening, neck fracture and failure of the prosthetic component) were associated with potential failure modes (i.e. overload, fatigue, wear, fibrotic tissue differentiation and bone remodelling). Driving parameters of the corresponding failure mode were identified together with their safe thresholds. For each failure mode, a failure criterion was identified and studied under the most relevant physiological loading conditions. All failure modes were investigated with the most suitable investigation tool, either numerical or experimental. Results showed a low risk for each failure scenario either in the immediate postoperative period or in the long term. These findings are in agreement with those reported by the majority of clinical studies for correctly implanted devices. Although further work is needed to confirm the predictions of this method, it was concluded that the proposed risk analysis procedure has the potential to increase the efficacy of preclinical validation protocols for new epiphyseal replacement devices.