CN109459490A

CN109459490A - 一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置

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Publication number: CN109459490A
Application number: CN201811650019.5A
Authority: CN
Inventors: 李家琪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2019-03-12

Abstract

本发明属于压力容器安全分析技术领域，公开了一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，金属磁记忆检测单元用于检测在役压力容器缺陷，包括裂纹、凹坑、夹渣、气孔、咬边，实现缺陷的量化；A/D转换单元将金属磁记忆检测单元检测的数值显示在数码管上；主控模块用于对在役压力容器进行平面缺陷的断裂分析；模糊综合分析单元作出综合性安全分析；GPRS传输单元对现场数据的定时、实时无线远传发送到监控终端。本发明建立综合分析判断数据表，根据每一失效因素对压力容器的损伤率及其对压力容器安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全分析；使分析结果能更客观真实地反映工程实际。

Description

一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置

技术领域

本发明属于压力容器安全分析技术领域，尤其涉及一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置。

背景技术

压力容器是一种具有***危险的特种承压设备，具有高温、高压、易燃、易爆、工艺复杂等特点，一旦发生***或泄漏，后果是极其惨重的，因此，压力容器的安全可靠性分析就显得尤为重要。与其他方法相比，用磁记忆检测实现缺陷量化，再由此对压力容器进行的综合安全分析具有鲜明的特点：首先磁记忆检测作为一种新兴的无损检测手段，其检测全面、细致，不受是否运营的影响，操作简便、劳动强度小，得出的结果精确，适合现场检测；其次采用在役压力容器安全指标体系对其安全问题进行分析和分析，使分析者对在役压力容器安全综合分析的定位由经验上升为科学分析，利于合理度量或分析在役压力容器的安全，最后可以动态监测在役压力容器灾害的变化趋势，分析和发现失效发生的前兆，尤其是各种灾害之间的关联性，以及其引发的次生灾害。因此，基于磁记忆检测缺陷量化的综合安全分析以其鲜明的特点必将成为以后压力容器安全可靠性分析的重要手段，并具有其他分析方法不可替代的优势。

在役压力容器的安全分析过程中，影响其安全性能的因素是多方面的，有些因素能实现定量化，而有些因素只能定性分析，各因素之间又具有相关性，并且影响在役压力容器安全的主要因素即缺陷，其检测过程十分复杂，量化结果又不精准，这些情况给其安全分析带来很大的困难和疑惑。

综上所述，现有技术存在的问题是：

目前的在役压力容器安全分析多采用单一角度分析的方式，从理论方面得出在役压力容器是否能安全工作的结论，且不能综合各方面因素解决它的安全程度问题。具体分析如下：缺陷的检测、量化不准确；采用单一角度分析的方式，过分依赖或现场数据，不能综合分析影响在役压力容器安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，与实际情况不符；分析的结果只是从理论上得出是否能安全工作的结论，不能解决安全程度问题，更不能动态监测灾害的变化趋势，以便更好、更准确的及时发现灾害，做到提前预防。以上问题都会使安全分析结果不理想，其结果往往是：分析的理论结果还在安全许可内，而实际上压力容器已经失效、不能使用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，旨在解决现有分析方法存在的在役压力容器缺陷检测困难、检测结果不精确、不能动态监测灾害的变化趋势、分析过程复杂和分析结果与实际不相符的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置包括：

金属磁记忆检测单元，与A/D转换单元连接，用于检测在役压力容器缺陷，包括裂纹、凹坑、夹渣、气孔、咬边，实现缺陷的量化；

A/D转换单元，将金属磁记忆检测单元检测的数值显示在数码管上；

主控模块，与GPRS传输单元连接，用于对在役压力容器进行平面缺陷的断裂分析、平面缺陷的疲劳分析、气孔缺陷强度分析、气孔缺陷疲劳分析、夹渣缺陷强度分析、夹渣缺陷疲劳分析、凹坑缺陷强度分析和咬边缺陷疲劳分析，并计算对在役压力容器造成的损伤；得出在役压力容器能承受的最大压力、最终裂纹长度、最终裂纹深度、能承受的剩余压力、剩余疲劳寿命和相应的安全分值的技术指标；

模糊综合分析单元，与单片机连接，定量化与定性分析相结合，结合工程实际建立分析集，建立综合分析判断数据表，根据每一失效因素对压力容器的损伤率及对压力容器安全影响的权重计算总的损伤率，摒弃采用单一角度分析、过分依赖或现场数据的方式，综合分析影响在役压力容器安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，作出综合性安全分析；

GPRS传输单元，与监控终端连接，用于对现场数据的定时、实时无线远传发送到监控终端；

监控终端，对信息进行存储、管理以及进一步处理，对在役压力容器进行综合性安全分析监控。

进一步，所述实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置进一步包括：

电源模块，与金属磁记忆检测单元、A/D转换单元、主控模块、模糊综合分析单元、GPRS传输单元、监控终端连接，用于提供能源。

进一步，金属磁记忆检测单元包括：

平行排布的多个第一传感器，用于检测；

第二传感器，用于补偿背景磁场。

进一步，金属磁记忆检测单元检测在役压力容器缺陷中，

依据疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子变化幅度，确定在规定的循环周期内疲劳裂纹的扩展量和最终尺寸；再根据所给出的判别条件判断该平面缺陷是否会发生泄漏和疲劳断裂，除所规定的平面缺陷外，裂纹、未融合、未焊透、深度大于等于1mm-2mm的咬边。

进一步，模糊综合分析单元包括：

因素集模块，用于利用影响在役压力容器的各种参数组成因素集合；

分析集模块，用于对各分析指标进行定量分析需要确定各指标的分析集，采用5级百分制分析把分析集划分5个分析等级，包括在役压力容器多因素失效危险性极小、危险性很小、危险性小、危险性较大、危险性大；

权重集模块，根据建立的在役压力容器分析因素集即分析指标体系，将问题所包含的各因素分为第一层是分析的总目标层、准则层、指标层；

综合评判结果表模块，有模糊综合分析的结果，再根据分析等级规定，分析在役压力容器多因素失效危险性大小。

进一步，A/D转换单元将通道1上采样到的金属磁记忆检测单元检测的数值显示在LED数码管上，通过改变通道1的输入信息变化，显示输出读数；A/D转换单元具体包括：

由单片机AT89S52、ADC0832、电阻、电容、数码管、晶振、三极管组成，单片机最小***，单片机的P0口接排阻200K与四个数码管相连，数码管采用共阳数码管，通过三级管接电源，三极管通过1K的电阻分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连，ADC0832的VCC与P3.4相连，CH0通过滑动变阻器与电源和接地相连，D0与D1连接共同接到P3.5端口。

进一步，主控模块，采用单片机(AT89S52)，EA、VCC接电源模块，XTAL1和XTAL2间接12MHZ晶振，XTAL1和XTAL2分别通过30pF电容接地，RST通过220uF电容接电源，RST通过10K电阻接地，P2.6口通过10K电阻接三极管，三极管通过蜂鸣器接电源。

进一步，GPRS传输单元采用串口与监控终端连接；采用多通道缓冲串口McBSP和增强型存储器来实现异步串行接口UART；其中，DR和FSR连接，将数据线上的电平跳变接入FSR端，当FSR检测到数据线上一帧的第一个下降沿时，McBSP认为帧同步信号；DM642数字信号处理器的输入端；

GPRS传输单元进一步通过继电器进行控制，定时发送数据。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，采用磁记忆检测方法，检测在役压力容器缺陷，包括:裂纹、凹坑、夹渣、气孔、咬边，使用具有较高精度的计算公式来实现缺陷的量化，从而使检测出的结果更准确、真实、可靠；采用磁记忆的检测结果对在役压力容器进行平面缺陷的断裂分析、平面缺陷的疲劳分析、气孔缺陷强度分析、气孔缺陷疲劳分析、夹渣缺陷强度分析、夹渣缺陷疲劳分析、凹坑缺陷强度分析和咬边缺陷疲劳分析，并计算对在役压力容器造成的损伤；得出在役压力容器能承受的最大压力、最终裂纹长度、最终裂纹深度、能承受的剩余压力、剩余疲劳寿命和相应的安全分值等技术指标，克服不能动态检测灾害趋势的困难，能更好、更准确的及时发现灾害，做到提前预防；采用模糊综合分析单元，定量化与定性分析相结合，结合工程实际建立分析集，建立综合分析判断数据表，根据每一失效因素对压力容器的损伤率及其对压力容器安全影响的权重计算总的损伤率，摒弃采用单一角度分析、过分依赖或现场数据的方式，综合分析影响在役压力容器安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，在此基础上作出综合性安全分析；不仅能正确得出是否能安全工作的结论，还能解决安全程度的问题；简化分析过程，消除分析的主观随意性，便于普通的工程技术人员应用于工程实际。本发明的可靠性高、可操作性好，使分析结果能更客观真实地反映工程实际。

本发明GPRS这项技术在任何时间、任何地点都能快速方便地与网络连接，同时费用又比较合理。它的速度是GSM的10倍，可以稳定的传送大容量、高质量信息。保证了本发明信息的实时需求；本发明的GPRS应用范围具有广泛性，可应用于其他领域。

本发明基于ADC0832模拟—数字转换器可以快速、有效地设计转换电路，设计方便、快捷，大大减轻了工作量。本发明利用单片机可以快速有效地设计***，并完成对***的优化设计，在设计过程中可以随时更改参数，以达到***设计的最优化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置示意图；

图2是本发明实施例提供的A/D转换单元原理图。

图3是本发明实施例提供的主控模块原理图。

图4是本发明实施例提供的GPRS传输单元原理图。

图中：1、金属磁记忆检测单元；2、A/D转换单元；3、主控模块；4、模糊综合分析单元；5、GPRS传输单元；6、监控终端；7、电源模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1-图4所示，本发明实施例提供的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置包括：

金属磁记忆检测单元1，与A/D转换单元连接，用于检测在役压力容器缺陷，包括裂纹、凹坑、夹渣、气孔、咬边，实现缺陷的量化；

A/D转换单元2，将金属磁记忆检测单元检测的数值显示在数码管上；

主控模块3，与GPRS传输单元连接，用于对在役压力容器进行平面缺陷的断裂分析、平面缺陷的疲劳分析、气孔缺陷强度分析、气孔缺陷疲劳分析、夹渣缺陷强度分析、夹渣缺陷疲劳分析、凹坑缺陷强度分析和咬边缺陷疲劳分析，并计算对在役压力容器造成的损伤；得出在役压力容器能承受的最大压力、最终裂纹长度、最终裂纹深度、能承受的剩余压力、剩余疲劳寿命和相应的安全分值的技术指标；

模糊综合分析单元4，与单片机连接，定量化与定性分析相结合，结合工程实际建立分析集，建立综合分析判断数据表，根据每一失效因素对压力容器的损伤率及对压力容器安全影响的权重计算总的损伤率，摒弃采用单一角度分析、过分依赖或现场数据的方式，综合分析影响在役压力容器安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，作出综合性安全分析；

GPRS传输单元5，与监控终端连接，用于对现场数据的定时、实时无线远传发送到监控终端；

监控终端6，对信息进行存储、管理以及进一步处理，对在役压力容器进行综合性安全分析监控。

作为本发明优选实施例，实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置进一步包括：

电源模块7，与金属磁记忆检测单元、A/D转换单元、主控模块、模糊综合分析单元、GPRS传输单元、监控终端连接，用于提供能源。

作为本发明优选实施例，金属磁记忆检测单元1包括：

平行排布的多个第一传感器，用于检测；

第二传感器，用于补偿背景磁场。

作为本发明优选实施例，金属磁记忆检测单元检测在役压力容器缺陷中，依据疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子变化幅度，确定在规定的循环周期内疲劳裂纹的扩展量和最终尺寸；再根据所给出的判别条件判断该平面缺陷是否会发生泄漏和疲劳断裂，除所规定的平面缺陷外，裂纹、未融合、未焊透、深度大于等于1mm-2mm的咬边。

作为本发明优选实施例，模糊综合分析单元4包括：

作为本发明优选实施例，A/D转换单元2将通道1上采样到的金属磁记忆检测单元检测的数值显示在LED数码管上，通过改变通道1的输入信息变化，显示输出读数；A/D转换单元具体包括：

在本发明实施例中，主控模块1，采用单片机(AT89S52)，EA、VCC接电源模块，XTAL1和XTAL2间接12MHZ晶振，XTAL1和XTAL2分别通过30pF电容接地，RST通过220uF电容接电源，RST通过10K电阻接地，P2.6口通过10K电阻接三极管，三极管通过蜂鸣器接电源。

在本发明实施例中，GPRS传输单元5采用串口与监控终端连接；采用多通道缓冲串口McBSP和增强型存储器来实现异步串行接口UART；其中，DR和FSR连接，将数据线上的电平跳变接入FSR端，当FSR检测到数据线上一帧的第一个下降沿时，McBSP认为帧同步信号；DM642数字信号处理器的输入端；

GPRS传输单元进一步通过继电器进行控制，定时发送数据。

下面结合各部件原理对本发明做进一步的描述。

1、缺陷的检测：

使用由TSC-2M-8型金属磁记忆检测单元对在役压力容器进行全方位检测，检测步骤严格根据TSC-2M-8操作说明书进行，在计算机上安装“磁记忆—***”软件，把检测结果导入该软件，采用通道补偿背景磁场抑制方法，平行排布的1-3号传感器用于检测，4号传感器用于补偿背景磁场。仪器技术性能参数见表1，试验过程中参数保持不变。

表1 TSC-2M-8型金属磁记忆检测单元技术性能参数

2、缺陷的表征：

对经检验查明的缺陷，根据实际位置形状和尺寸按平面缺陷的表征的规定进行缺陷的规则化，并得到相应的表征裂纹尺寸a、c。

进行安全分析时，按以下规定对实测的平面缺陷进行规则化表征处理，将缺陷表征为规则化的裂纹表面缺陷、埋藏裂纹和穿透缺陷。表征后的裂纹的形状为椭圆形、圆形或矩形。表征裂纹尺寸应根据具体缺陷情况由缺陷外接矩形之高和长来确定。对穿透裂纹，长为2a；对表面裂纹，高为a、长为2c；对埋藏裂纹，高为2a、长为2c；对孔边角裂纹，高为a、长为c。缺陷外接矩形之长边应与邻近的壳体表面平行。

当裂纹平面方向与住应力方向不垂直时，可将裂纹投影到与主应力方向垂直的平面内，在该平面内按投影尺寸确定表征裂纹尺寸。

3、平面缺陷的疲劳分析

在规定的循环周期内疲劳裂纹的扩展量和最终尺寸；然后根据所给出的判别条件，来判断该平面缺陷是否会发生泄漏和疲劳断裂。除所规定的平面缺陷外(如裂纹、未融合、未焊透、深度大于等于1mm的咬边)难以明确划分为非平面缺陷的埋藏缺陷也应按平面缺陷进行分析。按对缺陷规则化，确定疲劳分析初始裂纹的尺寸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，所述实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置包括：

2.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，所述实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置进一步包括：

3.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，金属磁记忆检测单元包括：

平行排布的多个第一传感器，用于检测；

第二传感器，用于补偿背景磁场。

4.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，金属磁记忆检测单元检测在役压力容器缺陷中，

5.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，模糊综合分析单元包括：

6.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，A/D转换单元将通道1上采样到的金属磁记忆检测单元检测的数值显示在LED数码管上，通过改变通道1的输入信息变化，显示输出读数；A/D转换单元具体包括：

由单片机、ADC0832、电阻、电容、数码管、晶振、三极管组成，单片机最小***，单片机的P0口接排阻200K与四个数码管相连，数码管采用共阳数码管，通过三级管接电源，三极管通过1K的电阻分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连，ADC0832的VCC与P3.4相连，CH0通过滑动变阻器与电源和接地相连，D0与D1连接共同接到P3.5端口。

7.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，主控模块包括：EA、VCC接电源模块，XTAL1和XTAL2间接12MHZ晶振；XTAL1和XTAL2分别通过30pF电容接地，RST通过220uF电容接电源，RST通过10K电阻接地，P2.6口通过10K电阻接三极管，三极管通过蜂鸣器接电源。

8.如权利要求1所述的实验室贮气罐压力容器缺陷量化分析装置，其特征在于，GPRS传输单元采用串口与监控终端连接；采用多通道缓冲串口McBSP和增强型存储器来实现异步串行接口UART；其中，DR和FSR连接，将数据线上的电平跳变接入FSR端，当FSR检测到数据线上一帧的第一个下降沿时，McBSP认为帧同步信号；DM642数字信号处理器的输入端；

GPRS传输单元进一步通过继电器进行控制，定时发送数据。