環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中設(shè)備損傷因子的確定方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?010102064334，申請(qǐng)日為10、6、21，發(fā)明為，申請(qǐng)人為合肥通用機(jī)械研究院的分案申請(qǐng)多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子的確定方法及其應(yīng)用。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及在存在有失效機(jī)制的環(huán)境下，設(shè)備損傷因子的確定方法，更具體地說(shuō)是一種多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子的確定方法。

背景技術(shù)：
介質(zhì)環(huán)境中鋼材腐蝕速率的確定對(duì)設(shè)計(jì)階段材料選擇與結(jié)構(gòu)尺寸的確定至關(guān)重要，而在使用階段中，設(shè)備失效可能性的確定對(duì)于設(shè)備檢驗(yàn)周期與剩余壽命的估算更是舉足輕重。在2008版API581(基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù))中，設(shè)備的失效可能性按以下公式計(jì)算：Pf(t)＝Gff×DF(t)×FMS(1)式中：Pf(t)為設(shè)備失效可能性；Gff為同類設(shè)備平均失效概率，由API581表4.1給出；FMS是管理水平影響系數(shù)，根據(jù)API581中給出的調(diào)查表對(duì)企業(yè)管理水平進(jìn)行調(diào)查評(píng)分，再將分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為0.1～10間的一個(gè)數(shù)值，即管理水平影響系數(shù)；DF(t)是指與時(shí)間相關(guān)的失效機(jī)制造成設(shè)備失效的可能性參數(shù)，被稱為損傷因子。在API581中對(duì)某一設(shè)備存在的k種失效模式中的每種相對(duì)應(yīng)的失效機(jī)制都給出了一個(gè)可能性參數(shù)DFk，當(dāng)以腐蝕減薄為主導(dǎo)失效機(jī)制時(shí)這個(gè)參數(shù)主要由減薄速率所決定，當(dāng)以應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂為主導(dǎo)失效機(jī)制時(shí)，這個(gè)參數(shù)則主要由應(yīng)力腐蝕敏感性決定，損傷因子越大則失效可能性越大。在API581中，當(dāng)多種(k種)失效機(jī)制共存時(shí)，采用簡(jiǎn)單疊加的方法來(lái)計(jì)算總的損傷因子，即比如，在實(shí)際的原油介質(zhì)環(huán)境中，環(huán)烷酸與硫總是同時(shí)存在的。在API581中，這兩種介質(zhì)共存時(shí)，腐蝕速率的確定就是將兩種單一介質(zhì)獨(dú)立的腐蝕速率進(jìn)行簡(jiǎn)單疊加，其失效可能性也是將兩個(gè)單一介質(zhì)的失效可能性簡(jiǎn)單疊加，即但實(shí)際情況是這種處理方式存在著不合理因素。相關(guān)的試驗(yàn)研究與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查都發(fā)現(xiàn)，在相同流速下，350℃以下溫度時(shí)，硫?qū)Νh(huán)烷酸的腐蝕有抑制作用，因?yàn)榱蚋g形成的FeS具有一定穩(wěn)定性，附著在金屬表面上，從而阻止了環(huán)烷酸對(duì)金屬的進(jìn)一步侵蝕，所以高硫高酸原油中，材料的腐蝕速率反而低于低硫高酸原油中的腐蝕速率。如果溫度達(dá)到400℃左右，F(xiàn)eS保護(hù)膜就不穩(wěn)定了，硫的抑制作用也就減弱了，此時(shí)高硫高酸原油的腐蝕性又提高了。因此，失效可能性很顯然是于流速、溫度、酸值、含硫量相關(guān)聯(lián)。而API581方法中的不合理性會(huì)誤導(dǎo)人們認(rèn)為只要滿足高酸高硫介質(zhì)環(huán)境的材料選擇與結(jié)構(gòu)尺寸的確定就一定會(huì)滿足高酸低硫環(huán)境，顯然這樣會(huì)造成不安全。同樣，在氯離子和堿共存的環(huán)境中，奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主導(dǎo)損傷機(jī)制也不相同，當(dāng)溫度小于150℃時(shí)，氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂為主導(dǎo)機(jī)制，堿起到一定的促進(jìn)作用，而在150℃以上溫度是，堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂則占主導(dǎo)，氯離子起到促進(jìn)作用。但這些情況在API581中都沒(méi)有加以考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中設(shè)備損傷因子的確定方法，以使關(guān)于多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備失效可能性的確定方法更為科學(xué)合理。本發(fā)明方法采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子的確定方法的特點(diǎn)是：所述多種失效機(jī)制共存環(huán)境是指在某一服役環(huán)境中存在有導(dǎo)致設(shè)備失效的i種主導(dǎo)機(jī)制和k種次要機(jī)制；所述設(shè)備包括各種工業(yè)裝置中的鋼制承壓設(shè)備和管道；所述多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子DF(t)按式(1)獲得為：式(1)中：為i種主導(dǎo)機(jī)制的獨(dú)立損傷因子和，F(xiàn)mi為第i種主導(dǎo)機(jī)制獨(dú)立損傷因子，i為大于1的正整數(shù)；為各種主導(dǎo)機(jī)制間相互影響的損傷因子和，Ui’-i為第i′種主導(dǎo)機(jī)制對(duì)第i種主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)；為各種次要機(jī)制對(duì)主導(dǎo)機(jī)制的影響損傷因子和，Uk-i為第k種次要機(jī)制對(duì)第i種主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)；本發(fā)明環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中設(shè)備損傷因子的確定方法的特點(diǎn)是：在環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中分別存在環(huán)烷酸腐蝕主導(dǎo)機(jī)制和硫腐蝕主導(dǎo)機(jī)制，兩種主導(dǎo)機(jī)制的損傷因子分別記為環(huán)烷酸腐蝕損傷因子F環(huán)烷酸和硫腐蝕損傷因子F硫；同時(shí)存在硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕的抑制作用，記為硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕抑制作用系數(shù)U硫-環(huán)烷酸；因不存在次要機(jī)制，記為：Uk-i＝0，因此：所述環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中設(shè)備損傷因子DF(t)按式(1)獲得為：DF(t)＝F環(huán)烷酸+F硫+F環(huán)烷酸U硫-環(huán)烷酸(2)式(2)中：F環(huán)烷酸是按API581第二部分附錄B中表B.10M選取的腐蝕速率經(jīng)計(jì)算得出損傷因子參數(shù)Art，再根據(jù)API581中表5.11轉(zhuǎn)換成環(huán)烷酸腐蝕損傷因子F環(huán)烷酸；F硫是根據(jù)SH/T3096附錄B中給出的“修正的MeConomy曲線”得出的腐蝕速率、經(jīng)計(jì)算得出損傷因子參數(shù)Art、再根據(jù)API581中表5.11轉(zhuǎn)換成硫腐蝕損傷因子F硫；硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕抑制作用系數(shù)U硫-環(huán)烷酸是在不同的溫度條件下分別設(shè)置。本發(fā)明環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中設(shè)備損傷因子的確定方法的特點(diǎn)也在于：所述硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕抑制作用系數(shù)U硫-環(huán)烷酸在不同的溫度條件下分別設(shè)置為：當(dāng)溫度小于300℃時(shí)，U硫＝0.106-0.081PS；當(dāng)溫度介于300℃～400℃時(shí)，U硫＝-0.054+0.052PS；當(dāng)溫度大于400℃時(shí)，環(huán)烷酸發(fā)生分解失去腐蝕性，U硫-環(huán)烷酸＝0；各式中PS為按重量百分比的介質(zhì)含硫量。式(2)和(3)中PS為介質(zhì)中按重量百分比的含硫量。本發(fā)明氯離子與堿共存環(huán)境中奧氏體不銹鋼設(shè)備損傷因子的確定方法的特點(diǎn)是：在氯離子與堿共存環(huán)境中，存在有氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂ClSCC和堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂ASCC兩種機(jī)制；當(dāng)溫度小于150℃時(shí)，以ClSCC為主導(dǎo)機(jī)制，記為F氯離子，以ASCC為次要機(jī)制，同時(shí)存在堿對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的促進(jìn)作用，記為堿對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂促進(jìn)作用系數(shù)U堿-氯離子；因此有：DF(t)＝F氯離子+F氯離子U堿-氯離子(3)式(3)中：F氯離子根據(jù)API581第二部分第13章所描述的方法確定；設(shè)置U堿-氯離子為：U堿-氯離子＝0.5×T/150×D堿/20；上式中T為溫度℃，D堿為按重量百分比的堿液濃度；當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，ASCC為主導(dǎo)機(jī)制，ClSCC為次要機(jī)制，同時(shí)存在氯離子對(duì)堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的促進(jìn)作用，記為氯離子對(duì)堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂促進(jìn)作用系數(shù)U氯離子-堿，因此有：DF(t)＝F堿+F堿U氯離子-堿(4)式(4)中F堿根據(jù)API581第二部分第7章所描述的方法確定；U氯離子-堿的選取方法為：U氯離子-堿＝0.2(1+D氯離子/20)×T/150；上式中D氯離子為氯離子重量百分比。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：1、本發(fā)明方法在確定損傷因子時(shí)考慮了主導(dǎo)機(jī)制相互作用和次要機(jī)制對(duì)主導(dǎo)機(jī)制的影響等因素，對(duì)API581中的有關(guān)方法進(jìn)行了改進(jìn)，使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中設(shè)備失效可能性分析更科學(xué)合理和符合實(shí)際；2、本發(fā)明方法糾正了原API581方法中對(duì)高酸高硫介質(zhì)環(huán)境和高酸低硫環(huán)境下?lián)p傷因子確定的不合理之處，改變了人們以往形成的煉油裝置選材只要滿足高硫高酸介質(zhì)，在硫高酸高酸環(huán)境下就一定是安全的錯(cuò)誤概念；3、本發(fā)明給出了一種快速判斷奧氏體不銹鋼在氯離子和堿共存環(huán)境下主導(dǎo)損傷機(jī)制判定和損傷因子的確定方法，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。具體實(shí)施方式多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子的確定：多種失效機(jī)制共存環(huán)境是指在某一服役環(huán)境中存在導(dǎo)致設(shè)備失效的i種主導(dǎo)機(jī)制和k種次要機(jī)制；設(shè)備是指各種工業(yè)裝置中的鋼制承壓設(shè)備和管道等。多種失效機(jī)制共存環(huán)境下設(shè)備損傷因子DF(t)按式(1)獲得為：式(1)中：為i種主導(dǎo)機(jī)制的獨(dú)立損傷因子和，F(xiàn)mi為第i種主導(dǎo)機(jī)制獨(dú)立損傷因子，i為大于1的正整數(shù)；為各種主導(dǎo)機(jī)制間相互影響的損傷因子和，Ui’-i為第i′種主導(dǎo)機(jī)制對(duì)第i種主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)；為各種次要機(jī)制對(duì)主導(dǎo)機(jī)制的影響損傷因子和，Uk-i為第k種次要機(jī)制對(duì)第i種主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)；具體實(shí)施中按如下過(guò)程進(jìn)行：1、判定設(shè)備運(yùn)行環(huán)境是否屬于多種失效機(jī)制共存環(huán)境；2、根據(jù)試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)確定存在哪些主導(dǎo)機(jī)制和次要機(jī)制；3、分析是否存在主導(dǎo)機(jī)制間的相互影響以及次要機(jī)制對(duì)主導(dǎo)機(jī)制存在的影響；4、依據(jù)API581及其他技術(shù)文件確定各主導(dǎo)機(jī)制的損傷因子；5、根據(jù)試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)確定確定Ui’-i，即某一主導(dǎo)機(jī)制對(duì)另一種主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)和Uk-i，即某一次要機(jī)制對(duì)某一主導(dǎo)機(jī)制的影響系數(shù)6、按(1)式計(jì)算DF(t)實(shí)施例1環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境設(shè)備損傷因子的確定在環(huán)烷酸與硫共存環(huán)境中，存在兩種主導(dǎo)機(jī)制，分別為環(huán)烷酸腐蝕主導(dǎo)機(jī)制和硫腐蝕主導(dǎo)機(jī)制，兩種主導(dǎo)機(jī)制的損傷因子分別記為F環(huán)烷酸和F硫；同時(shí)存在硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕的抑制作用，記為硫?qū)Νh(huán)烷酸腐蝕抑制作用系數(shù)U硫-環(huán)烷酸；因不存在次要機(jī)制，記為：Uk-i＝0，因此：因此有：DF＝F環(huán)烷酸+F硫+F環(huán)烷酸U硫-環(huán)烷酸U硫-環(huán)烷酸在不同溫度條件下分別對(duì)應(yīng)設(shè)置為：當(dāng)溫度小于300℃時(shí)，U硫-環(huán)烷酸＝0.106-0.081PS；當(dāng)溫度介于300℃～400℃時(shí)，U硫-環(huán)烷酸＝-0.054+0.052PS；當(dāng)溫度大于400℃時(shí)，環(huán)烷酸發(fā)生分解失去腐蝕性，U硫-環(huán)烷酸＝0；PS為按重量百分比的介質(zhì)含硫量wt％。具體實(shí)施過(guò)程：1、確定介質(zhì)中的硫含量和酸值；2、根據(jù)按API581第二部分附錄B中表B.10M選取的腐蝕速率經(jīng)計(jì)算得出損傷因子參數(shù)Art后再根據(jù)API581中表5.11將其轉(zhuǎn)換成環(huán)烷酸損傷因子F環(huán)烷酸。3、根據(jù)SH/T3096附錄B中給出的“修正的MeConomy曲線”得出的腐蝕速率經(jīng)計(jì)算得出損傷因子參數(shù)Art后再根據(jù)API581中表5.11將其轉(zhuǎn)換成硫腐蝕的損傷因子F硫。4、根據(jù)設(shè)備操作溫度和介質(zhì)中的含硫量確定U硫-環(huán)烷酸5、按DF＝F環(huán)烷酸+F硫+F環(huán)烷酸U硫-環(huán)烷酸計(jì)算獲得DF(t)表1：TAN：3.0mg/g,274℃表2：TAN：4.0mg/g302℃，以上表1是在TAN為3.0mg/g、274℃、按重量百分比的不同含硫量的環(huán)境中，本發(fā)明方法與2008版API581中給出的腐蝕速率的對(duì)比情況，從表中可以看出，在這一環(huán)境下，本方法給出的腐蝕速率在含硫量較低(0.4％和0.6％)時(shí)，明顯高于API581中給出的腐蝕速率，與實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)更吻合。在含硫量超過(guò)1.5％時(shí)，本方法所得腐蝕速率與API581中給出的腐蝕速率較為接近。以上表2是在TAN為4.0mg/g、302℃、按重量百分比的不同含硫量的環(huán)境中，本發(fā)明方法與2008版API581中給出的腐蝕速率的對(duì)比情況與表1類似。實(shí)施例2：氯離子與堿共存環(huán)境奧氏體不銹鋼設(shè)備損傷因子的確定：在氯離子與堿共存環(huán)境中，存在有氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂ClSCC和堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂ASCC兩種機(jī)制；當(dāng)溫度小于150℃時(shí)，是以CLSCC為主導(dǎo)機(jī)制，記為F氯離子，以ASCC為次要機(jī)制，同時(shí)存在堿對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的促進(jìn)作用，記為堿對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂促進(jìn)作用系數(shù)U堿-氯離子，因此：由此得：DF＝F氯離子+F氯離子U堿-氯離子其中：F氯離子根據(jù)API581第二部分第13章所描述的方法確定；設(shè)置U堿-氯離子為：U堿＝0.5×T/150×D堿/20，式中T為溫度℃，D堿為堿液濃度wt％。當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，ASCC為主導(dǎo)機(jī)制，CLSCC為次要機(jī)制，同時(shí)存在氯離子對(duì)堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的促進(jìn)作用，記為氯離子對(duì)堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂促進(jìn)作用系數(shù)U氯離子-堿，因此：由此得：DF＝F堿+F堿U氯離子-堿其中，F(xiàn)堿根據(jù)API581第二部分第7章所描述的方法確定；U氯離子-堿的選取方法為：U氯離子-堿＝0.2(1+D氯離子/20)×T/150；其中D氯離子為氯離子濃度ppm。具體實(shí)施過(guò)程：當(dāng)操作溫度小于150℃時(shí)1、確定介質(zhì)中的氯離子和堿的濃度；2、確定設(shè)備的操作溫度；3、先根據(jù)API581第二部分第13章所描述的方法確定氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性，然后轉(zhuǎn)換成F氯離子。4、根據(jù)溫度和堿濃度計(jì)算U堿-氯離子；5、按DF(t)＝F氯離子+F氯離子U堿-氯離子計(jì)算獲得DF(t)。當(dāng)操作溫度大于150℃時(shí)1、確定介質(zhì)中的氯離子和堿的濃度；2、確定設(shè)備的操作溫度；3、先根據(jù)API581第二部分第7章所描述的方法確定堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性，然后轉(zhuǎn)換成F堿。4、根據(jù)溫度和氯離子濃度計(jì)算U氯離子-堿；5、按DF(t)＝F堿+F堿U氯離子-堿計(jì)算獲得DF(t)。