基本信息
- 项目名称：
- 液化石油气球罐综合评定系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- LPG（液化石油气）作为一种化工生产的基本原料和燃料，在工业和民用中得到广泛的应用，随着工业的飞速发展，对LPG的需求量也越来越大。近年来，国内的原油已经满足不了市场的需求，需要进口大量中东原油，由于中东原油的硫含量高以及国内炼油设备的陈旧，使得炼制出来的LPG不能进行严格的脱硫和脱水处理，常含有超过标准要求的硫化氢和水分，导致硫化氢应力腐蚀破裂、氢诱导裂纹、氢鼓泡、分层等与氢相关的损伤的发生，威胁着球罐的安全运行。伴随着工业生产的发展，压力容器正在向大型化、复杂化、高参数、严工况的方向发展。压力容器是具有潜在爆炸危险的特殊承压设备，一旦发生爆炸或泄漏，就会造成灾难性事故。因此，依靠科学技术，在探知有缺陷存在的情况下对此类球罐设备进行科学的安全评定，降低事故率，有效保障安全生产，是十分重要和迫切的。 “液化石油气球罐综合评定系统”是针对石化企业中液化石油气球罐提出的，该作品是以GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》和美国石油协会API579标准为理论基础，利用Visual Basic6.0 程序设计语言，采用面向对象的程序设计思想，借助Access2003工具编制而成的。作品不仅可以对球罐中的常见裂纹和凹坑类缺陷进行安全评定，而且还可以考虑液化石油气球罐服役环境的特殊性，对球罐中出现的氢鼓泡、分层等缺陷进行安全评定。同时，将重要度和失效故障树分析方法相结合，可以对所发生的液化石油气球罐失效进行主要原因评估。该系统建有丰富的数据库，主要含有球罐的设备管理信息、常用球罐用钢的材料力学性能、评定参数及评定结果等信息，具有很强的可扩展性能。系统用户界面友好、人机对话方便、适应性强。该作品的编制成功，使原本繁琐的缺陷安全评定工作变得简单，对液化石油气球罐的安全使用、维护、检验以及管理提供了技术支持，提高了工作效率，具有较高的工程应用价值，促进了结构完整性评定的高科技成果向企业设备管理的转移和渗透。
- 详细介绍：
- 研究背景： 近年来断裂力学涉及专业的广度和深度不断拓宽，推动了含缺陷结构评定规范不断更新和完善，随着老评定规范版本的退役和新评定标准的颁布，含缺陷结构的评定规范也发生了很大的变化。美国石油学会于2000年颁布了针对在用石油化工设备的合乎使用评定标准API579“推荐用于合乎使用的实施方法”（Recommendation practice for fitness-for-service）。这一标准在内容上具有鲜明特色，API579的背景是石油化工承压设备，不仅包括了在用设备缺陷安全的评定，还在很广范围内给出在役设备及其材料的退化损伤评估方法。 经七五、八五和九五期间近千名研究人员的协同研究，对“压力容器缺陷评定规程”（CVDA－84）的技术路线进行了修正和改进，在吸收消化欧美国家先进失效评定图技术的基础上，完成了国家标准GB/T19624-2004“在用含缺陷压力容器安全评定”。然而这一标准目前只涉及了承压装备的弹塑性断裂和疲劳评定问题，不能用来处理腐蚀、应力腐蚀、高温等环境下特种设备的失效和安全评定问题，对近期国际上在材料、断裂力学、测试技术方面的最新研究成果，则没有包括。 目前针对含缺陷压力容器或管道进行安全评定的专家系统的研究开发在国内已有报道。但是这些研究仅针对压力管道、电厂锅炉压力容器，系统开发依据的评定规范或是已经落后的CVDA－84，或者是英国国家标准BS7910“金属结构中缺陷验收评定方法指南”，安全评定的对象多为各种埋藏裂纹、表面裂纹、焊缝裂纹等。而针对石化企业中液化石油气球罐，依据GB/T19624-2004“在用含缺陷压力容器安全评定”和API579“推荐用于合乎使用的实施方法”，不仅能够对裂纹类缺陷进行安全评定，同时还能够对凹坑、氢鼓泡、分层等类型的缺陷进行安全评定的专家系统的研究开发还未见报道。同时，将重要度和失效故障树分析方法相结合，对所发生的液化石油气球罐失效进行主要原因评估，对设备的安全评定从定性分析和定量判断两方面结合起来，这方面的工作在国内还鲜见报道。 作品研究目的： LPG（液化石油气）作为一种化工生产的基本原料和燃料，在工业和民用中得到广泛的应用。它是一种低碳数的烃类混合物，在工业上，LPG用来生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、燃料等产品；并且，由于LPG热值高、无烟尘、无灰渣，所以在生活领域也得到了广泛的应用。因此，作为储存容器的LPG球罐也获得了迅速的发展。与同体积的圆筒形储存容器相比较，球罐具有表面面积小，受力小和受力均匀，安全性好，占地面积少，用材少，造价低等特点，因此，在石油、化工、冶金等行业中，球罐的运用比较广泛。 随着工业的飞速发展，对LPG的需求量也越来越大。近年来，国内的原油已经满足不了市场的需要，需要大量进口中东原油，由于中东原油的硫含量高以及国内炼油设备的陈旧，使得炼制出来的LPG不能进行严格的脱硫和脱水处理，常常含有超过标准要求的硫化氢和水分，由此形成了LPG球罐常用低合金钢容易发生腐蚀破坏的湿硫化氢环境，导致硫化氢应力腐蚀破裂、氢诱导裂纹、氢鼓泡、分层等与氢相关的损伤的发生，威胁着球罐的安全运行。伴随着现代工业的发展，压力容器正在向大型化、复杂化、高参数、严工况的方向发展。压力容器是具有潜在爆炸危险的特殊承压设备，一旦发生爆炸或泄漏，就会造成灾难性事故。由于历史、技术和管理上的原因，生产投入使用的压力容器存在着制造质量差、缺陷严重等问题，加上不少设备超期服役、“带病”运行和安全评估技术落后，爆炸和泄漏事故时有发生。因此，依靠科学技术，在探知有缺陷存在的情况下对此类球罐进行科学的安全评价，降低事故率，有效保障安全生产，是十分重要和迫切的。 压力容器的安全评定是一个复杂的过程，需要具备丰富的相关专业知识。由于其涵盖的科学理论具有高度的复杂性和广泛性（如其中包括：材料科学、断裂力学、热力学、无损检测方法、应力计算和计算机科学等内容），因而往往只限于少数专家使用，工厂里的工程师们还不能充分利用这一技术来判定设备的安全等级、剩余寿命，并指导设备的维修管理。随着计算机的日益广泛应用，信息产业已经蓬勃兴起，越来越成为经济发展的先导产业。计算机软件以其独特的知识形态，广泛渗透于国民经济的各行各业中，对信息采集、信息处理、信息交换以及生产过程、社会生活的变革产生了深远的影响。因此，利用计算机技术为载体，将压力容器安全评定技术方法向设备管理领域渗透就显得十分迫切。 在压力容器安全评定理论和现代计算机技术蓬勃发展的势态下，本作品针对化工厂中重要设备液化石油气球罐，将对在役液化石油气球罐中的裂纹、凹坑、氢鼓泡、分层等类型的缺陷安全评定过程软件化，同时，考虑球罐服役环境的特殊性，编制失效故障树分析和设备重要度评定模块，并建立材料力学性能数据库、设备管理库等重要的数据库加载系统。这对保证含缺陷结构的安全运行、掌握液化石油气球罐的失效形式和原因、减少不必要的返修次数、提高经济效益等均具有重要意义。 作品研究思路： 本作品是以国家标准GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》和美国石油协会（API）提出的579规范为理论基础，利用Visual Basic6.0 程序设计语言，采用面向对象的程序设计思想，借助Access2003工具编制界面友好、适应性强的应用软件“液化石油气球罐综合评定系统”。旨在通过微机对在役液化石油气球罐中的裂纹、凹坑、氢鼓泡、分层等类型的缺陷进行安全评定，从而得到含缺陷球罐能否继续使用的安全性结论。软件中包括球罐安全评定、缺陷表征、应力计算、球罐设备管理、设备重要度评定、失效故障树分析等六个功能模块，并有强大的数据库。作品研究内容包括： 1、根据标准GB/T19624-2004中关于含缺陷压力容器断裂力学评定的有关规定实现了平面缺陷的常规评定的软件化。在软件中融入了凹坑缺陷的塑性失稳评定内容，使得被常规评定判为不合格的平面缺陷在打磨成凹坑后能进一步通过该系统获取最终的评定结果。 2、以API579标准为理论基础，运用FFS技术的最新成果，给出了氢鼓泡和分层评价程序的概要设计及详细设计，实现氢鼓泡、分层缺陷评定的程序化，力图为现场提供准确而快速处理氢鼓泡、分层缺陷的工具。 3、结合液化石油气球罐的服役环境，调查研究球罐的一般失效形式及其产生原因，开发设备重要度分析和失效故障树分析两大功能模块，为工程人员正确判断设备的重要度级别和设备失效的可能原因给出建议。 4、借助Access2003数据库软件，建立丰富的数据库系统，对被评价设备的相关参数如材料力学性能、设备管理、评价结果等建立数据库，数据库库提供存取、查找、修改、添加等功能，为以后的系统维护和升级带来方便。 作品的创新点： 1、以GB/T19624-2004为理论基础，实现了平面缺陷的常规评定的软件化，并融入了凹坑缺陷的塑性失稳评定。 2、结合液化石油气球罐服役环境的特殊性，以API579为理论基础，实现了氢鼓泡、分层缺陷的安全评定。 3、调查研究了液化石油气球罐的失效形式及其产生的原因，开发了球罐失效故障树分析模块，为进一步了解缺陷产生的原因提供了支持。 4、开发了设备重要度评定模块，该模块采用模糊综合评判的方法，并充分利用专家的经验，同时考虑到客观事实，据此确定该设备的维修级别，制定相应的检维修策略。 5、本作品是安全评定标准、规则、算法和评定数据库等有机结合起来的。系统具有丰富的数据库加载系统，含有球罐的设备管理信息、常用球罐用钢的材料力学性能和评价结果等数据库，具有很强的可扩展性，为以后的系统维护和升级带来了很大的方便。 6、一方面以标准为根据实现了安全评定，另一方面根据球罐服役环境的特殊性开发了重要度和失效故障树分析两大功能模块，实现了定量判断与定性分析的相结合。 技术关键： 本作品将压力容器安全评定标准、规则、算法与评定相关数据库有机地结合起来，将根据标准的定量安全评定和以调查研究为基础的失效故障树定性分析结合起来，以软件技术的发展为基础，计算机为载体，不仅能实现常见平面类缺陷的评定，而且能评定凹坑、氢鼓泡、分层等缺陷，同时，将重要度和失效故障树分析方法相结合，可以对所发生的液化石油气球罐失效进行主要原因评估。 主要技术指标： 1、可以用于评定常见平面类缺陷的安全性； 2、可以实现凹坑缺陷的塑性失稳评定； 3、可以实现以故障树的形式帮助用户分析球罐失效原因； 4、可以实现设备重要度评定； 5、系统建立了丰富的数据库加载系统，存放评定所需参数及结果，可以提供方便的数据库查询、修改、添加、删除等功能； 6、系统具有较强的可扩充性，可推广到评定其它类设备。 技术特点和优势： “液化石油气球罐综合评定系统”是一个可以脱离VB开发环境运行的软件，对计算机的硬件要求低，在一般档次的微机上即可安装运行。该系统旨在能通过微机对液化石油气球罐中的裂纹、凹坑、氢鼓泡、分层等缺陷进行按规范评定，其服务对象是工厂的一般技术人员，打破了安全评定专业知识对他们的工作的限制。软件拥有友好的用户界面，操作方便，人机对话方便，用户可根据系统的提示，很方便地完成缺陷评定的过程。同时，系统兼有球罐失效故障树分析和设备重要度评定两大模块，这两大模块与对缺陷的安全评定紧密结合，实现了对设备安全状况定性分析与定量判断。系统有丰富的数据库，含有球罐的设备管理信息和常用球罐用钢的材料力学性能等，且具有很强的可扩充性，给以后的系统升级带来了很大的方便。 适用范围： 该系统用于石油化工行业中的液化石油气缺陷的安全评定，不仅可以对常见的裂纹类缺陷进行安全评定，而且还能够评定凹坑、氢鼓泡、分层等类型的缺陷，同时可实现对球罐的失效原因的故障树分析和设备重要度评定。该系统升级后，也可用于其他类化工设备的安全评定。 市场分析和经济效益预测： 该作品实现了设备管理、安全评定技术与计算机技术的结合，给液化石油气球罐的综合评定工作带来了极大的方便，对液化石油气球罐的维护、检验以及管理提供了技术支持，帮助普通工程技术人员掌握复杂的缺陷评定过程，提高了企业设备管理的工作效率，为在役压力容器的管理与维护中进行的无损检测提供缺陷验收的依据，避免了因返修、停车、报废压力容器等带来的不必要的经济损失，节约了设备检修费用，提高了设备利用率。经升级后该系统亦可用于其他类型压力容器的安全评定，在相关企业中具有广阔的市场前景。该系统的编制成功，促进了结构完整性评定的高科技成果向企业设备管理的转移和渗透，为进一步研究压力容器安全技术智能化和信息管理集成化奠定良好的基础。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品研究目的： LPG在工业和民用中得到广泛的应用，作为储存容器的LPG球罐也获得了迅速发展。随着球罐服役环境的复杂化，各种缺陷时常出现，这威胁着球罐的安全运行。压力容器的安全评定是一个复杂的过程，需要具备丰富的相关专业知识。因此，以计算机为载体，依靠科学技术，在探知有缺陷存在的情况下对此类球罐进行科学的安全评价，是十分重要和迫切的。 作品研究思路：本作品是以国家标准GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》和美国石油协会（API）提出的579规范为理论基础，利用Visual Basic6.0 程序设计语言，采用面向对象的程序设计思想，借助Access2003工具编制界面友好、适应性强的应用软件“液化石油气球罐综合评定系统”。 创新点：1、实现了平面缺陷的常规评定的软件化，并融入了凹坑缺陷的塑性失稳评定。 2、实现了氢鼓泡、分层缺陷的安全评定。 3、开发了球罐失效故障树分析模块和设备重要度评定模块。 4、系统具有丰富的数据库加载系统，。 5、实现了定量判断与定性分析的相结合。 技术关键：作品的开发将压力容器安全评定标准与评定数据库有机地结合起来，将定量安全评定和以调查研究为基础定性分析结合起来。 主要技术指标：1、可以实现常见平面类缺陷的安全性和凹坑缺陷的塑性失稳评定； 2、可以实现失效故障树分析和设备重要度评定； 3、系统建立了丰富的数据库加载系统； 4、系统具有较强的可扩充性，可推广到评定其它类设备。
科学性、先进性
- “液化石油气球罐综合评定系统”依据“合乎使用”和“最弱环”原则，将软件技术与先进的安全评定技术结合起来。该作品是针对石化企业中液化石油气球罐，结合了国内标准与国外标准的优势，不仅实现了对球罐中的常见裂纹、凹坑类缺陷的安全评价，而且可以对球罐中出现的氢鼓泡、分层等缺陷进行了安全评定。同时，将重要度和失效故障树分析方法相结合，可以对所发生的液化石油气球罐失效进行主要原因评估，并建立了丰富的数据库加载系统。系统具有较强的可扩展性，为以后的系统维护和升级带来方便。作品用户界面友好、直观，人机对话方便，简单易用。通过对系统模块和功能的扩充，该软件还可以进一步推广应用到其他类型的压力容器。 参考文献： [1]GB19624-2004.在用含缺陷压力容器安全评定[S]. [2]API579.Recommended practice for fitness-for-service[S]. [3]李晓刚.石化设备在线安全评定技术进展[J].石油化工腐蚀与防护,1999,16(3):1～4
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 工厂使用阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物、磁盘、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 该系统是一个可以脱离VB开发环境运行的软件，对计算机硬件要求低。其服务对象是一般技术人员，打破了安全评定专业知识对他们的工作的限制。用户界面友好，操作方便，人机对话方便。实现了对设备安全状况定性分析与定量判断，且具有很强的可扩充性。 适用范围： 该系统用于石油化工行业中的液化石油气球罐中出现的裂纹、凹坑、氢鼓泡、分层等类型缺陷的安全评定，同时可实现对球罐的失效原因的故障树分析和设备重要度评定。该系统升级后，也可用于其他类化工设备的安全评定。 市场分析和经济效益预测： 该系统实现了设备管理、安全评定技术与计算机技术的结合，对液化石油气球罐的维护、检验以及管理提供了技术支持，给液化石油气球罐的综合评定工作带来了极大的方便，提高了企业设备管理的工作效率，避免了因返修、停车、报废压力容器等带来的不必要的经济损失。升级后该系统亦可用于其他类型压力容器的安全评定，在相关企业中具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 近年来断裂力学涉及专业的广度和深度不断拓宽，推动了含缺陷结构评定规范不断更新和完善，随着老评定规范版本的退役和新评定标准的颁布，含缺陷结构的评定规范也发生了很大的变化。美国石油学会于2000年颁布了针对在用石油化工设备的合乎使用评定标准API579“推荐用于合乎使用的实施方法”（Recommendation practice for fitness-for-service）。这一标准在内容上具有鲜明特色，API579的背景是石油化工承压设备，不仅包括了在用设备缺陷安全的评定，还在很广范围内给出在役设备及其材料的退化损伤评估方法。 经七五、八五和九五期间近千名研究人员的协同研究，对“压力容器缺陷评定规程”（CVDA－84）的技术路线进行了修正和改进，在吸收消化欧美国家先进失效评定图技术的基础上，完成了国家标准GB/T19624-2004“在用含缺陷压力容器安全评定”。然而这一标准目前只涉及了承压装备的弹塑性断裂和疲劳评定问题，不能用来处理腐蚀、应力腐蚀、高温等环境下特种设备的失效和安全评定问题，对近期国际上在材料、断裂力学、测试技术方面的最新研究成果，则没有包括。 目前针对含缺陷压力容器或管道进行安全评定的专家系统的研究开发在国内已有报道。但是这些研究仅针对压力管道、电厂锅炉压力容器，系统开发依据的评定规范或是已经落后的CVDA－84，或者是英国国家标准BS7910“金属结构中缺陷验收评定方法指南”，安全评定的对象多为各种埋藏裂纹、表面裂纹、焊缝裂纹等。而针对石化企业中液化石油气球罐，依据GB/T19624-2004“在用含缺陷压力容器安全评定”和API579“推荐用于合乎使用的实施方法”，不仅能够对裂纹类缺陷进行安全评定，同时还能够对凹坑、氢鼓泡、分层等类型的缺陷进行安全评定的专家系统的研究开发还未见报道。并且，作者开发的“液化石油气球罐综合评定系统”兼有失效故障树分析和设备重要度评定两大模块，这将对设备的安全评定从定性分析和定量判断两方面结合起来，使评定结果更加可靠，这方面的工作在国内还鲜见报道。
