第七章 承压设备缺陷评定与风险评估技术

2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价1第七章承压设备缺陷评定与风险评估2023最新整理收集do

something2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价27.1承压设备缺陷评定概述

目前随着焊接技术的发展，各类承压设备均已采用焊接方法制造。水密性和气密性好连接强度高焊接结构的优点

结构简单易制造成本低承压设备壁厚不受限制或限制不大2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价3

存在热应力、残余应力焊接变形可能导致形状改变，裂纹甚至焊接结构的缺点开裂难免存在气孔、夹渣、未焊透、未熔合及裂纹等焊接缺陷（焊接不连续）

目前的无损检测技术还很不完善，可能使得焊接缺陷或裂纹漏检，或者因检测数据不准确，致使焊接承压设备存在着断裂的危险。对于新制造的或已有的承压设备结构的焊接接头，必须用无损检测方法对其内部质量进行精确的检查，而且根据已建立的缺陷验收标准，对已检出缺陷进行评定，以判定承压设备在允许范围内的可靠性，这就是所谓的安全评定。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价47.1.1缺陷评定标准缺陷评定有两类标准：质量控制和“合乎使用”标准。质量控制标准以多年积累的经验为基准，对焊接构件提出质量要求，以确保焊接构件质量大体保持在某种水平上，是任意的、保守的。标准的内容简单、方法容易，对监控焊接质量具有重要价值。这类标准的安全余量幅度大，评定结果偏于保守。实际焊接结构存在缺陷几乎不可避免，而质量控制标准要求结构不准存在裂纹一类缺陷，一经发现，必须进行返修或报废。这对于某些裂纹返修很困难，代价极高；另外有些返修后还带来某种更危险的后果。由于漏检和再生裂纹的存在，实际上许多承压设备带着质量控制标准所不允许的缺陷在正常运行。其中也发生了一些脆性断裂事故。这说明质量控制标准虽然偏安全，但也不能保证不发生断裂事故。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价5合乎使用标准

一种更严密、更科学的验收标准，以类似材料、应力及介质等方面的历史经验为依据，充分考虑到存在缺陷的结构的使用条件，经过较细致全面的分析得到确定一个合适的裂纹容限。“合乎使用”标准有三个作用：⑴根据缺陷是否会影响使用性能来评定在建造和使用中所发现的具体缺陷的可接受性。⑵指导制定专用标准和对不同类型部件制订缺陷的通用验收标准。⑶在制造和使用前签订的特定合同中规定特殊部件的验收标准。该标准考虑到缺陷对部件性能的影响，故比通常的质量控制标准更切合实际。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价67.1.2缺陷类型产品在制造和使用中会产生不符合规定的问题，如焊接时产生的（冷、热）裂缝、未焊透、未熔合、气孔、夹渣、咬边、过烧等；大锻件中的裂纹、偏析、夹杂物等；铸件中的裂纹、缩孔、疏松等；结构在不同环境中使用时产生的腐蚀裂纹、疲劳裂纹等。这些统称为缺陷。按照不同的标准可以分为多种不同的类型。焊接缺陷

有两种类型：①平面缺陷，包括：裂纹、未熔合或未焊透、根部咬边、根部凹陷等。②非平面（体积）缺陷，包括：凹坑、气孔、夹渣、疏松等。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价7缺陷按在结构中的位置及大小分类如下图示，可以分为三类：表面缺陷、埋藏缺陷和穿透缺陷。缺陷按形状分类根据缺陷的真实形状确定。一般简化为埋藏缺陷的圆型、椭圆型，表面缺陷的半圆型、半椭圆型等。（a）表面缺陷 （b）埋藏缺陷 （c）穿透缺陷图7-1按缺陷在结构中的位置分类2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价8缺陷按密集程度分类

单个缺陷

共面缺陷多个缺陷非共面缺陷 共面缺陷 密集缺陷 非共面缺陷2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价9多个缺陷相邻时，如缺陷密集且受力较大，则密集缺陷有开裂并汇聚成一个大的单个裂纹的倾向。共面密集缺陷（尤其是共线裂纹）比非共面密集缺陷（三维密集缺陷）危险大，即在一平面内更容易汇聚成一个大的裂纹。大量实验及计算表明，缺陷长度与它们之间的间距达到一临界比值时，缺陷间韧带显著变形（韧带屈服），此时缺陷张开，相邻缺陷才可能达成一个大的单个缺陷。临界比值随结构、缺陷位置及受力情况不同而变化。受力状况愈恶劣，裂纹相隔要求愈远，才能保证安全。从另一方面看，有多个裂纹且裂纹相隔很远，在受力时，第一个裂纹尖端附近的应力场与单个裂纹时的应力场相同，不受相邻第二个裂纹的影响。当逐渐减小裂纹间距，则第一个裂纹尖端应力场由于相邻第二个裂纹的影响会加大，这一现象称为相邻裂纹的干涉。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价10缺陷按裂纹的方向分类按裂纹的方向分，裂纹可分为直裂纹、斜裂纹和曲裂纹。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价117.1.3失效方式

变形失效

断裂失效 疲劳失效

泄漏失效 表面失效 失稳失效弹性变形

塑性变形蠕变变形

脆性断裂韧性断裂机械载荷疲劳

热疲劳蠕变疲劳腐蚀疲劳

腐蚀（均匀腐蚀、局部腐蚀。局部腐蚀中尤其严重的是应力腐蚀）冲蚀疲劳磨损疲劳腐蚀疲劳2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价127.1.4缺陷评定所需要的参考资料和数据缺陷评定所需的参考资料⑴承压设备制造竣工图及强度计算书；⑵承压设备制造验收的有关资料，包括材料数据、焊接记录、返修记录、无损检测资料、热处理报告、检验记录和压力试验报告等；⑶承压设备运行状况的有关资料，包括介质情况、工作温度、载荷状况、运行和故障记录及历次检验与维修报告等。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价13安全评定所需的基础数据

为了能够评定各类缺陷对不同失效方式的影响，需要下列有关数据：⑴缺陷的类型、几何尺寸和位置；⑵结构和焊缝的几何形状和尺寸；⑶材料的化学成分、力学和断裂韧度性能数据；⑷应力（不论怎样产生的）和温度（包括瞬时温度）的大小和分布；⑸疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳的疲劳曲线（如S-N曲线）及裂纹扩展数据和曲线；⑹蠕变断裂和变形数据（如蠕变曲线）；⑺大面积腐蚀和应力腐蚀开裂数据（如和应力腐蚀裂纹扩展数据）。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价147.1.5缺陷评定的步骤⑴确定缺陷部位的应力和应变；⑵确定缺陷部位有关材料的性能数据；⑶通过无损检测取得缺陷几何形状、尺寸和位置数据；⑷缺陷的理想化（规则化）；⑸测量或估算材料断裂韧度；⑹计算最大允许缺陷；⑺判断所评定的缺陷是否可以接受。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价157.1.6缺陷评定的关键性问题无损检测技术方法包括：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测、声发射检测等，各有千秋，但远达不到理想的自动化水平，因而检测结果往往与操作人员的主观判断有很大的关系，而且在设备的难检部位常常发生漏检现象。合乎使用标准的缺陷评定要求设备在任何焊后热处理或验证试验之后，进行彻底的无损检测，其方法必须能够确定重要区域内的缺陷位置和尺寸。这是安全评定的基本依据。但因无损检测方法固有的局限性，必然会带来一定的不确定性。因此必须给予一定的安全裕度，以确保评定的可靠性。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价16断裂力学理论是进行安全评定的理论基础。目前断裂理论的发展，已达到了在一定条件下解决某些安全评定问题的程度。世界上已出现的几种评定缺陷的规范和指导性文件，都表明了断裂理论的研究成果。应力分析方法是安全评定的基本步骤。尽管计算机技术的不断发展和有限元方法的应用，使得应力分析方法得到了深入的研究和不断的发展。但由于承压设备应力状态比较复杂，特别是对球形容器，其瓣片存在安装误差，精确测定球瓣片曲率和偏心距是非常困难的，应力分析也将十分复杂。由于这类应力分析引起的不确定性，就要求安全评定要有足够的安全裕度。在检查的间隔周期内，由于疲劳或腐蚀会使裂纹产生或增长，也要考虑一定的安全裕度。另外还要考虑结构的用途以及在使用中会碰到的特殊服役条件。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价177.1.7缺陷评定规范当前被广泛采用的缺陷评定规范及指导性文件：⑴欧盟SINTAP（2000）“欧洲工业结构完整性评定标准（StructureintegrityassessmentprocedureforEuropeanIndustry）”⑵英国BS7910（2000）“金属结构中容限缺陷评定方法导引（Guideonmethodsforassessingtheacceptabilityofflawsinmetallicstructures）”⑶美国API579（2000）“服役装置适应性评定（Fitnessforservice）”⑷英国R6Reversion42001“含缺陷结构完整性评定（Assessmentoftheintegrityofstructurecontainingdefects）”⑸我国GB/T19624-2004“在用含缺陷压力容器安全评定”等等。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价187.2承压设备缺陷评定方法

承压设备尤其是压力容器和压力管道在制造和运行过程中，不可避免地会产生一些缺陷，如夹渣、气孔、未焊透焊缝等。下面简要介绍一些断裂力学知识，以及其在缺陷评定中的应用。7.2.1应力强度因子K判据法

如图7-2所示，在断裂力学中，按裂纹受力情况，将裂纹分为张开型（I型）、滑移型（II型）和撕开型（III型）三种类型。由图看出，I型裂纹受垂直于裂纹面的拉应力作用；II型裂纹受平行于裂纹面而垂直于裂纹前缘的剪应力作用；III型裂纹受既平行于裂纹面又平行于裂纹前缘的剪应力作用。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价19

三种类型的裂纹表面对应着三种不同的相对位移：I型裂纹上下表面相对张开；II型裂纹上下两表面沿x轴相对滑开；III型裂纹上下表面沿z轴相对滑开。其中以张开型裂纹最常见，而且容易产生低应力脆断，以下所提到的裂纹都为I型裂纹。（a）I型（张开型）（b）II型（滑移型）（c）III型（撕开型）图7-2裂纹类型2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价20I型裂纹尖端附近应力场

如图7-3，受双向拉应力作用，含有长为2a穿透裂纹的无限大板，按弹性力学的平面问题求解，得出裂纹尖端的应力分布为：图7-3双向受拉的平板中的穿透裂纹（7-1）

2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价21式（7-1）各式中，是公共项，与r和θ无关，称为应力强度因子KI（下标I表示张开型裂纹），即：

更普遍的应力强度因子表达式为：式中：σ——裂纹位置上按无裂纹计算的名义应力；

a——裂纹尺寸（裂纹长度或深度）；

Y——形状系数（与裂纹大小、位置以及载荷条件等有关）。各种形状裂纹体的应力强度因子计算公式可以查应力强度因子手册。（7-2）

（7-3）2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价22

由式（7-1），各种类型裂纹尖端附近的应力场有相似之处，可以将它们简写为如下形式：式中：（i，j=1，2，3）代表应力分量，上标I代表I型，代表极角θ的函数。如上标写成Ⅱ或III，则代表Ⅱ或III型。应力场式（7-4）有以下特点：⑴在裂纹尖端，即r=0处，应力趋于无限大，即应力出现奇异点；⑵应力强度因子KI在裂纹尖端是有限量；⑶在相同应力强度因子下，裂纹尖端附近区域的应力分布仅是r和θ的函数。（7-4）2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价23

根据上述裂纹尖端附近应力场特点，已不能用应力为参量来建立像传统的强度条件了。应力强度因子是有限量，它代表的不是某一点的应力，而是整个应力场的强度，用它来作为参量建立破坏条件是恰当的。脆断的K准则由KI的表达式可见，随着载荷σ的增加，KI值也将增加，因此可以推断，当载荷增大到某一临界值时，构件发生破坏（裂纹扩展）。此时，裂纹的应力强度因子KI达到一个临界值KIC时，这样，对于带裂纹的构件来说，其裂纹扩展引起构件破坏的准则（简称断裂准则）就应该是：

(7-5)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价24

KIC是材料的断裂韧度，表示材料抵抗裂纹失稳扩展能力的一个物理参量，由试验测定。根据断裂准则式（7-5），可以计算临界应力σc

和临界裂纹长度ac

，从而进行断裂安全分析：上述方程比较简单，是目前普遍公认的线弹性断裂力学的基础。严格说来，这种方法仅适用于比较脆的或弹性的方式失效的材料。(7-6，1)(7-6，2)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价25

然而，线弹性断裂力学形成了ASME第III卷附录G“防止非延性破坏”和ASME第XI卷附录A缺陷评定的基础。在WEE/37文件中，对于总应力低于屈服应力的场合，线弹性断裂力学也被作为基础。高强度钢压力容器（或管道）和低温容器，以及中低强度钢厚截面压力容器，在断裂时呈现脆断，符合K准则。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价267.2.2COD法裂纹尖端张开位移是指当裂纹体受力后，在原裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移（CrackOpeningDisplacement），以COD或δ表示。实际上，当裂纹体受载，裂纹逐渐张开，虽然裂纹尖端出现钝头，但是裂纹尖端处的位移仍是连续的，如图7-6所示，所以裂纹尖端的实际张开位移并不存在。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价27图7-6裂纹张开位移定义

一般是将裂纹表面AB段向前延长，与尖端D的垂直线相交于E点，用2ED

度量裂纹张开位移。但是，也有人提出应以弹塑性区交界的C点作为度量点，他们认为对于金属材料，塑性形变是导致破坏的重要因素，OD的垂线CF反映裂纹尖端塑性区的形变程度，主张用2CF度量裂纹张开位移。裂纹张开位移的物理概念似乎很简单，但是确切的定义与如何标定是确实没有解决的问题。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价28

根据熟知的M-D模型，可求得将COD为：COD准则弹塑性情况下的COD断裂判据的基本思想是将M-D模型得出的张开位移作为裂纹尖端的物理参数，并用来建立裂纹在弹塑性条件下的断裂准则。当裂纹张开位移δ达到临界值δc时，裂纹将要开裂，即

δ=δc(7-8)

是裂纹的临界状态；当δ稍大于δc时，裂纹开裂；当δ小于δc时，裂纹不开裂。

(7-7)其中2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价29

上式中的张开位移，可用直接观察法与蚀刻条纹法等实验方法测定，也可用有限元法与公式计算求出。δc是材料弹塑性断裂韧度的指标，是材料常数，由实验测得。实践证明，COD准则应用到焊接结构和承压设备的断裂安全分析，非常有效，而且简单可行，加上δ

c

的测量方法也比较简单，因此，COD准则在工程上应用比较普遍。

2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价30COD准则的理论基础薄弱，有以下缺点：⑴计算裂纹张开位移δ的公式是根据M-D模型推出的，M-D模型将裂纹尖端塑性区简化为窄条形，与真实情况（鱼尾形状）不符合。⑵裂纹张开位移δ的定义与实验标定不确切，有许多说法，而且差别较大。⑶裂纹张开位移临界值δC的规定有困难。如果以开裂点δi的值定为δC，尺寸影响较小，比较稳定，适合作为材料常数，但是用于设计，则偏于保守。如果以失稳点δmax的值定为δC，尺寸影响较大，数值不稳定，不适合作为材料常数，但是与断裂的实际情况较符合。⑷M-D模型仅适用穿透裂纹，而工程中遇到的多数是表面裂纹。对于表面裂纹还没有相应的模型，只能用工程方法近似确定。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价31COD准则的工程应用如果构件接头处有小裂纹，应力集中使接头的局部达到屈服，小裂纹被包在屈服区内，计算δ的式（7-7）不适用，因为式中的，公式无意义。在材料超过屈服后一般用名义应变代表材料的状态，全屈服区中小裂纹的COD与名义应变e的关系，Wells经过大量的宽板试验，归纳出以下经验公式：或

(7-9，1)(7-9，2)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价32

Burdekin在Wells早期工作的基础上，根据大量宽板试验的结果，并考虑M-D模型推导出的公式，更保守的取式中，称为无量纲裂纹张开位移。规定设计曲线上式成为工程设计中广泛应用的COD计算式，设计曲线如图7-7所示。(7-10)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价33图7-7COD安全设计曲线2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价34

利用式（7-9）计算的裂纹张开位移δ和实验的临界裂纹张开位移δC，根据COD准则，已知名义应变e，可求出容许的最大裂纹尺寸amax。这样计算的裂纹尺寸，并不是临界裂纹尺寸ac，比它略小，从而偏于保守和安全，其安全裕度约为1.5-2.5。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价357.2.3J积分判据J积分定义

J积分理论的主要内容通常描述为:设一均质板，板上有一穿透裂纹，裂纹表面无力作用，但是外力使裂纹周围产生二维的应力、应变场。围绕裂纹尖端取回路，始于裂纹下表面，终于裂纹上表面，按逆时针方向转动，如图7-8所示。定义J积分如下：其中 W

是板的应变能密度； 是作用在路程边界上的力； 是路程边界上的位移矢量；

ds

是路程曲线的弧元素。(7-11)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价36图7-8J积分定义2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价37作用在路程边界上的力的分量为其中是弧元素法线的方向余弦；是应力张量。应用符号dy=dx2

与dx=dx1

，将上式代入式（7-11）后，J积分可写成另一种形式其中是路程边界上的位移分量。另外，由图7-8知，与或写成与。再采用符号，即（i，j=1、2）（7-12）(7-13)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价38其中是路程边界上的位移分量。则J积分还能写成如下形式可以证明J积分值与所选择的路程无关，我们称之为J积分的守恒性。此外，还可以证明，对线弹性材料或非线弹性材料，式（7-11）相当于：(7-14)(7-15)(7-16)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价39式中 ——构件单位厚度的总势能。因此，在弹性情况下，回路积分J与能量释放率有相同的物理意义。在弹塑性情况下，它的物理意义可以解释为两块除裂纹长度不同，其它条件完全相同的物体的能量差率。

J积分准则

J积分是弹塑性断裂力学的一个重要参数。寻求断裂力学参数的目的旨在建立合理的断裂准则，判断裂纹的扩展条件和裂纹结构的可靠性。J积分是一个合理的参数，主要因为：一、由J积分与所取回路无关的特性，给弹塑性分析带来很大方便，使我们可以避免去分析裂纹尖端附近塑性区的复杂性质。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价40二、由HRR理论，在硬化材料中，裂纹尖端应力、应变场的奇异性是存在的，奇异场的强度可以用有限量J积分来表征。J积分与线弹性断裂力学的应力强度因子类似，它只取决于外加载荷和裂纹的几何尺寸。三、由J积分与弹性势能的关系，明确指出J积分的物理意义，它代表作用于裂纹尖端的一个广义力，一般简称为裂纹扩展力或能量释放率。根据以上几点，在上世纪六十年代后期美国学者所做大量实验基础上，人们认为J积分作为衡量裂纹开裂的参量是适宜的，从而建立了J积分准则：

J=JC

（7-17）2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价41

裂纹扩展分为稳定的和不稳定的两种形式。对于稳定的缓慢扩展，上式代表裂纹的开裂条件；对于不稳定的快速扩展，上式代表裂纹的失稳条件，即结构的断裂开始条件。上式中的J积分是用有限元法计算的或者用实验方法得出；而JC代表材料性能，必须由实验确定JC。如果在实验中，取试样的开裂点确定JC

，则式（7-17）是裂纹的开裂判据。如果取试样的失稳点确定JC，则式（7-17）是裂纹的失稳判据。大量的实验结果证明，用裂纹开裂点确定JC，其数据比较稳定，与材料尺寸无关；而用裂纹失稳点确定的JC，受材料尺寸影响很大，不宜作为材料常数。所以，一般都认为式（7-17）是裂纹的开裂判据。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价42J积分准则和其它准则比较，其优点如下：⑴与COD准则比较，理论根据严格，定义明确。⑵用有限元法能够计算不同受力情况与各种形状结构的J积分（平面问题），而COD准则的计算公式仅限于几种最简单的几何形状和受力情况。⑶实验求JC，简易可行，与COD准则的实验相仿。7.2.4双判据法由于在弹塑性状态下，构件失效有两种可能的形式：⑴作为无裂纹体，因塑性损伤而失效；⑵作为有裂纹体，因裂纹失稳扩展而断裂。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价43评定构件安全或失效的图形称为失效评定图。图7-9失效评定图2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价44

在工程设计中，对上述的构件失效和断裂均应考虑。因而，对在弹塑性状态下构件的失效问题，现在通常采用一种综合的双判据方法。该方法分别基于线弹性断裂力学或弹塑性断裂力学（均为有裂纹体理论）的“临界应力分析”和全韧带屈服下（无裂纹体理论）的“极限强度分析”。二十世纪七十年代中后期英国学者提出了“双判据法”方法，并逐渐发展成为构件的失效评定图，也称为R6图，后来这—概念推广应于裂纹扩展的情形。双判据法是：假设当施加载荷达到按线弹性断裂力学理论计算会产生脆断的载荷时，或者施加载荷是由流变应力和结构几何决定的失稳载荷中较小者时，结构就要发生失效。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价45这两个判据之间存在着相当大的过渡区，已经证明：这个过渡区可通过M-D条状屈服模型建立的方程来描述，所导出的表达式可预计简单几何或复杂几何有裂纹结构的性能。过渡曲线用Kr=f(Lr)表示，利用失效评定图（FractureAssessmentDiagram，简称FAD）进行缺陷评定，它通过双判据法把线弹性断裂力学原理引申到屈服后断裂力学。图7-9为一个失效评定图的示意图，在图中由坐标轴和失效评定曲线围成安全区.根据具体情况计算设备的坐标值（Kr，Lr）。若（Kr，Lr）点位于安全区，则认为设备是安全的；如果（Kr，Lr）点落在评定曲线上或者外侧，就不能保证设备的安全。点（Kr，Lr）靠近Kr轴则发生脆断，点（Kr，Lr）靠近Lr轴则发生塑性失稳。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价46Kr和Lr的定义如下：其中 KI——裂纹尖端附近的应力强度因子；

KIC——材料的断裂韧度；

P——结构承受的一次载荷；

P0——材料的塑性屈服极限载荷。

(7-18)(7-19)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价47

基于这一背景，英国中央电力局（CentralElectricityGeneratingBoard，简称CEGB）首先提出了双判据法的R6缺陷评定程序，发展到现在，已经到了第4版。R6方法是目前国际上应用最广泛的方法，英国的“金属结构中容限缺陷评定方法导引”（BS7910）、美国的“服役装置适应性评定”（API579）、瑞典的“带裂纹构件安全评定规程—手册SA/FoU-Report”以及法国的“核电厂部件在役检验规则”（RSE-M）都是基于此方法发展起来的，就连欧洲统一的合乎实用标准“欧洲工业结构完整性评定方法”（SINTAP）也是基于R6方法并作了修改。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价487.2.5“未破先漏”设计方法

为防止脆断事故的发生，在压力容器和压力管道方面常采用断裂前渗漏的设计方法，即“未破先漏”（LeakBeforeBreak）设计准则，使裂纹在失稳破坏以前，发生足够的流体泄漏以保证能被及时监测到，并且从发现泄漏到裂纹失稳之间有充足的时间以保证安全处理措施的实现，从而避免突然发生的脆断事故。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价497.2.5“未破先漏”设计方法图7-10未爆先漏示意图2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价507.2.6疲劳破坏评定构件在交变应力作用下产生的破坏，称为疲劳破坏。疲劳破坏过程疲劳破坏过程按其发展过程大致可以分为以下四个阶段。

裂纹成核阶段微观裂纹扩展阶段 宏观裂纹扩展阶段断裂阶段2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价51

以上是无初始裂纹的光滑试样的典型疲劳破坏过程，对于有初始裂纹的裂纹体，主要是宏观裂纹扩展阶段。以前的阶段为疲劳裂纹形成阶段，其对应的应力循环周数称为裂纹形成寿命，以Ni表示；而宏观裂纹扩展阶段所对应的循环周数为裂纹扩展寿命，以NP表示。疲劳分类根据破坏时的循环数的高低: (1)高周疲劳(应力循环周数Nf较高)

(2)低周疲劳(应力循环周数Nf较底)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价52疲劳破坏判据疲劳评定的原则很简单，即一个受压部件中的任何缺陷，在设计寿命到期之前，不允许由于疲劳的缘故而使缺陷扩展到导致部件发生失效的尺寸。疲劳裂纹扩展的定量表示用或（极限条件下），称为疲劳裂纹扩展速率，表示交变应力每循环一次裂纹长度的平均增量，它是裂纹长度a，应力幅度或应变幅度的函数。初始裂纹长度a0可以由无损检测测得，而临界裂纹长度ac可由式（7-7）求出：（7-7）2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价53

如果已知瞬时裂纹扩展速率，则可求得裂纹扩展至断裂的循环次数为：大量的实验证明，与应力强度因子幅度存在一定的函数关系。其中一般情况下，关系曲线在双对数坐标系下可以分成三个区域，如图7-11所示。(7-20)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价54图7-11关系曲线示意图在第I区，存在的某一个下限制，邻近时，的微小降低，急剧下降，在图7-11中表示为平行于坐标轴的直线。称为门槛值。是材料的一个重要性能参数。对于一些要求有无限寿命、绝对安全可靠的零件，就要求它们的工作值低于。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价55

第Ⅱ区，是一直线带，裂纹稳定扩展，Paris由实验提出了现在已普遍确认的疲劳裂纹扩展规律，即Paris定律，以下式表示：

式中，C，m是材料常数，对于同一材料，m不随构件的形状和载荷性质而改变。常数C与材料的力学性质（例如及硬化指数等）、实验条件有关。在第Ⅲ区域，即当时，裂纹扩展速率急剧增快直至断裂。(7-22)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价56

关于平均应力对疲劳裂纹扩展速率的影响，可用应力比作为主要参数，平均应力对裂纹扩展速率的影响，大多数是在仅施加拉应力，即的情况下测得的。增大应力比R意味着增大最小应力的作用，将使裂纹扩展速率增大。在Ⅱ区中，这种裂纹扩展速率的增量可能很小，但在断裂韧度或起作用的III区，不同的应力比R使裂纹扩展速率有很大的差别。考虑到III区的特点和平均应力的影响，可以得到Forman公式：(7-22)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价57式中：C和m都是材料常数。式（7-22）表明，材料的断裂韧度和应力比对疲劳裂纹扩展速率有影响。通过实验发现，除了是控制裂纹扩展的重要物理量外，其它如平均应力、应力条件、加载频率等，对均有影响。

大量实验表明，过载峰对随后的低载恒幅下的裂纹扩展速度有明显的延缓作用，称之为“超载迟滞效应”。

2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价587.2.7我国缺陷评定标准介绍

采用该标准进行压力容器安全评定除应遵循该标准的规定外，还应遵守国家有关部门颁布的相关法律、法规和规章。进行压力容器安全评定的单位和人员的资格，应符合国家有关法律、法规和规章的规定。在压力容器安全评定中，进行无损检测的人员应持有与实际使用的无损检测方法相一致的III级资格证书，且具有较丰富的缺陷判别及包括自身高度在内的缺陷尺寸测定的经验。进行安全评定的单位，应根据所评定对象的缺陷性质、缺陷成因、使用工况以及对缺陷扩展的预测等，对所评定的对象给出明确的评定结论和继续使用的条件，并对所评定对象的缺陷检验结果和评定结论的正确性负责。安全评定的实施程序应符合该标准和相关法规、规章的有关规定。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价59安全评定的一般原则：安全评定应包括对评定对象的历史、工况、环境等状况调查、缺陷检测、缺陷成因分析、失效模式判断、材料检验（性能、损伤与退化等）、应力分析、必要的实验与计算，并根据本标准的规定对评定对象的安全性进行综合分析和评价。失效模式判别：该标准所考虑的失效模式的类型包括断裂失效、塑性失效、疲劳失效。判断失效模式应依据同类压力容器或结构的失效分析和安全评定案例与经验、对被评定的压力容器或结构的具体的制造和检验资料、使用工况以及对缺陷的理化检验和物理诊断结果，且对可能存在的腐蚀、应力腐蚀、高温蠕变环境等对失效模式和安全评定的影响也应予以充分的考虑。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价60安全评定方法的选择：应以避免在规定工况（包括水压试验）下安全评定期内发生各种模式的失效而导致事故的可能为原则。一种评定方法只能评价相应的失效模式，只有对各种可能的失效模式进行判断或评价后，才能作出该容器、结构或缺陷是否安全的结论。压力容器安全评定所需的参考资料有：制造竣工图及强度计算书；制造验收的有关资料，包括材料数据、焊接记录、返修记录、无损检测资料、热处理报告、检验记录和压力试验报告等；运行状况的有关资料，包括介质情况、工作温度、载荷状况、运行和故障记录及历次检验与维修报告等。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价61安全评定所需的基础数据有：缺陷的类型、尺寸和位置；结构和焊缝的几何形状和尺寸；材料的化学成分、力学和断裂韧度性能数据；由载荷引起的应力；残余应力。安全评定中的基础工作：缺陷检测——应根据安全评定的要求，针对被评定对象的材料、结构和可能存在的各种缺陷，选择合理有效的检测方法和设备进行全面的检测并确保缺陷检测结果准确、真实、可靠。对于无法进行无损检测的部位存在缺陷的可能性应有足够的考虑，安全评定人员和无损检测人员应根据经验和具体情况作出保守的估计。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价62应力分析——考虑各种可能的载荷，并根据具体失效模式的安全评定需要和评定方法，采用成熟、可靠的方法计算评定中所需的应力。材料性能的测试和性能数据的获得——应按有关标准和其附录B的规定，充分考虑材料性能数据的分散性并按偏于保守的原则确定所需的材料性能数值。评定结论与报告：缺陷评定完成后，评定单位应依据国家相关法规、规章和本标准的规定，及时出具完整的评定报告并给出明确的评定结论和继续使用的条件。评定报告一般应包括：被评定对象的设计、制造、安装、使用等基本情况和数据；缺陷检验数据；材料性能数据测试或选用；应力状况、应力测试和应力分析；综合安全评价与评定结论。评定报告应准确无误，由评定人员签字、评定单位技术负责人审查和法人代表批准并加盖评定单位的有效印章。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价637.3承压设备风险评估技术7.3.1风险评估技术概述安全是人类赖以生存和发展的最重要的基本前提。生产过程中的危险成为威胁人类安全和健康的主要因素之一。据报道，仅因工伤及职业病所造成的损失就相当于全球GDP的4%左右。安全问题是人类亟待解决的一个重要问题。

20世纪60年代在美国首先出现了风险评估技术。它以保障安全为目的，按照科学的程序和方法，从系统的角度出发对项目或工业生产中潜在危险进行预先识别、分析和评价，为制定基本防灾措施和管理决策提供依据。西方发达国家在20世纪70年代将风险评估的基本原理引入到了承压设备管理，至今已经形成了针对承压设备的评价方法和相应的风险评估软件。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价64

例如：美国对压力容器和工业管道普遍接受了RBI，对埋地管道推行和普遍采用了基于风险评估的管理，并且对于输油、输气埋地管道的风险评估是强制性的；有些国家要求压力容器和压力管道开工前提交风险评估报告。在日本，为了顺应人们的心理，把风险评估称作“安全评价”，或许是受日本的影响，在我国也多称为“安全评价”。风险评估的内容危险（Hazard）的定义是可能产生潜在损失的征兆，指影响人的身体健康、导致疾病、造成伤亡或对物造成突发性以及慢性损害的因素。它是风险的前提，没有危险就无所谓风险。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价65风险由两部分组成：一是危险事件出现的概率二是一旦危险出现，其后果严重程度和损失的大小。如果将这两部分的量化指标综合，就是危险的表征，称为风险。根据风险的定义，可导出风险分析（RiskAnalysis）的主要内容。所谓风险分析，就是在特定的系统中进行危险辨识、频率分析、后果分析的全过程。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价66危险辨识（HazardIdentification）：在特定的系统中确定危险并定义其特征的过程。频率分析（FrequencyAnalysis）：分析特定危险发生的频率或概率。后果分析（ConsequenceAnalysis）；分析特定危险征环境因素下可能导致的各种事故后果从其可能造成的损失，包括情景分析和损失分析。情景分析（ScenarioAnalysis）：分析特定危险在环境因素下可能导致的各种事故后果。损失分析（LossAnalysis）：分析特定后果对其它事物的影响对某一部分的利益造成的损失；并进行定量化。频率分析和后果分析合称风险估计（RiskEstimation）。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价67

通过风险分析，得到特定系统中所有危险的风险估计。在此基础上，需要根据相应的风险标准判断系统的风险是否可以接受，是否需要采取进一步的安全措施，这就是风险评价（RiskEvaluation）。风险分析和风险评价合称风险评估（RiskAssessment）。风险评估的特点与传统的安全分析和安全管理相比，风险评估的主要特点是：⑴确立了系统安全的观点⑵开发了事故预测技术⑶对风险作定量描述2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价68

虽然在某种意认上说，风险评估是一种创新，但它毕竟是从传统的安全分析和安全管理的基础上发展起来的，因此，传统安全管理的宝贵经验和从过去事故中汲取的教训对于风险评估依然是十分重要的。风险评估的地位和作用⑴风险评估已成为工程项目建设中必须的一项工作⑵风险评估是安全管理标准体系中的基础性内容⑶风险评估成为控制重大工业事故的重要手段2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价697.3.2主要风险分析方法有关标准及资料推荐的分析方法或评价方法主要有：2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价70

安全检查表法预先危险性分析法失效模式和后果分析法事件树分析故障树分析危险可操作性研究美国道化学公司及英国蒙德分部的危险指数评价方法原因、后果分析人员失误分析荷兰的单元或工厂设备分类快速排序法苏黎世安全评价方法日本劳动省六阶段安全评价方法我国国家标准——光气生产三阶段评价方法2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价71下面简要介绍几种常用方法。安全检查表（SCL）法是在对危险源系统进行充分分析的基础上，将被分析评价系统剖析，分成若干个单元或层次，列出各单元或各层次的危险因素，然后确定检查项目，把检查项目按单元或层次的组成顺序编制成表格，以提问或现场观察方式确定各检查项目的状况并填写到表格对应的项目上，检查表中的回答一般都是“是/否”，从而对系统的安全状态进行分析评价。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价72优点：⑴能够事先编制检查表，故可有充分的时间组织有经验的人员来编写，不至于漏掉能导致危险的关键因素；⑵可以根据标准、规范和法规的规定，检查遵守的情况；⑶检查表的应用方式有问答方式和现场观察方式，给人的印象深刻，能起到安全教育的作用，表内还可注明改进措施的要求，隔一段时间后重新检查改进情况；⑷简明易懂，容易掌握。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价73缺点：⑴只能作定性的评价，不能给出定量的评价结果；⑵只能对已经存在的对象进行评价，如果要对处于规划或设计阶段的对象进行评价，必须找到相似或类似的对象。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价74预先危险性分析（PHA）法

PreliminaryHazardAnalysis，PHA，也称初始危险分析，它是一种实现系统安全的初步或初始的计划，是在方案开发初期阶段或设计阶段之初完成的。一般预先危险分析是一种定性分析。在每项生产活动之前，特别是在设计开始阶段，预先对系统中存在的危险类别、危险产生条件、事故后果等概略地进行的分析称为预先危险分析。预先危险分析应该在系统或设备研制的初期进行。随着设计研制工作的进展，这种分析应不断进行，分析结果用于改进设计和制造。对于现役的系统或设备也可采用预先危险分析，考察其安全性。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价75突出优点：⑴由于系统开发时就做危险性分析，可以利用安全分 析结果，提出应遵循的注意事项和规程，从而使得关键和薄弱环节得到加强，使得设计更加合理，系统更加紧固；⑵由于在产品设计时，即可指出存在的主要危险，在产品加工时采取更加有针对性地控制措施，使得危险部位的质量得到有效控制，最大限度地降低因产品质量造成危险的可能性和严重度；⑶通过预先危险性分析，对于实际不能完全控制的风险还可以提出消除危险或将其减少到可接受水平的安全措施或替代方案。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价76失效模式和后果分析（FMEA）法

FailureModesandEffectsAnalysis，FMEA，主要用于预防失效，但在试验、测试和使用中也是一种有效的诊断工具。欧洲联合体ISO9004质量标准中将它作为保证产品设计和质量的有效工具。它如果与失效后果严重程度分析（FailureModes，EffectsandCriticalityAnalysis，FMECA）联合起来，应用范围更广泛。失效模式和后果分析是一种归纳法。它是根据系统可以分成子系统、设备或元件这一特点，按实际需要，将系统进行分割，然后逐个分析各自可能发生的失效模式及其产生的效应，以便采取相应的防治措施，提高系统的安全性。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价77对于一个系统内部每个部件的每一种可能的失效模式或不正常运行模式都要进行详细分析，并推断它对于整个系统的影响，可能产生的后果以及如何才能避免或减少损失。其分析步骤大致为：确定分析对象系统

分析元素失效类型和产生原因研究失效类型的后果填写失效模式和后果分析表格风险定量评价2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价78

这种分析方法的特点是从元件的故障开始逐次分析其原因、影响及采取的对策措施。FMEA可用在整个系统的任何一级（从航天飞机到设备的零部件），常用于分析某些复杂的关键设备。

FMEA本质上是一种定性的分析方法，为了能将它应用于定量分析，可以增加严重度分析（CA，CriticalityAnalysis）的内含，发展成为FMECA（FailureMode，EffectandCriticalityAnalysis）。严重度（Criticality）顾名思义是由于产品故障而造成的潜在影响的定量程度。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价79严重度一般分为四级：I类（灾难性故障）是一种会造成人员死亡或设备全部毁坏的故障。Ⅱ类（致命性故障）是一种导致人员严重受伤或设备严重损坏，从而使生产无法进行的故障。III类（严重故障）是一种将使人员轻度受伤或设备 轻度损坏，从而影响生产进度的故障。IV类（轻度故障）其严重程度不足以造成人员受伤或设备损 坏，但会导致非计划性维修。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价80当上述故障得不到失效率时，可以用故障模式出现的概率等级做定性分析。一般分为五个等级：A级（经常发生的）产品在工作期间发生故障的概率很高，出现概率大于总故障概率的20%。B级（很可能发生的）产品在工作期间发生故障的概率 为中等，出现概率为总故障概率的10%-20%。C级（偶然发生的）产品在工作期间发生故障是偶然的， 出现的概率为总故障概率的1%-10%。D级（很少发生的）产品在工作期间发生故障的概率很小，出现的概率为总故障概率的0.1%-1%。E级（极不可能发生的）产品在工作期间发生故障的概率接近于零，出现的概率小于总故障概率的0.1%。

2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价81A级B级C级D级E级I类1级2级3级4级4级II类2级3级4级4级4级III类3级4级4级4级4级IV类4级4级4级4级4级表7-1危害度分级根据上述严重性类别和故障模式的概率等级综合考虑，可以得到其危害度。危害度分为四级，见表7-1。我们用IA表示危害度为I类、失效概率等级为A级，其余以此类推。

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将所有故障都进行了相应分析，就能分辨出何种故障的致命度和危害度最严重，有利于作出相应的改进措施。将失效模式和效应分析（FMEA）和失效严重度分析（FCA），综合起来可以形成失效模式效应和严重度分析FMECA（FailureModeEffectandCriticalityAnalysis），可以分析失效模式的严重度及其发生概率的联合影响，是以主观判断为基础的量化分析。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价83事件树分析（ETA）法

EventTreeAnalysis，ETA，又称决策树分析，是一种从原因推论结果的（归纳的）系统安全分析方法。它在给定一个初因事件的前提下分析此事件可能导致的后续事件的结果，从而定性或定量地评价系统的特性，并帮助分析人员获得正确的决策，它常用于安全系统的事故分析和系统的可靠性分析，由于整个事件序列成树状，故称事件树。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价84

事件树分析法着眼于事故的起因，即初因事件。当初因事件进入系统时，与其相关联的系统各部分和各运行阶段机能的不良状态会对后续的一系列机能维护的成败造成影响，并确定维护机能所采取的动作，根据这一动作把系统分成在安全机能方面的成功与失败，并逐渐展开成树枝状，在失败的各分支上假定发生的故障、事故的种类，分别确定它们的发生概率，并由此求出最终的事故种类和发生概率。事件树分析适用于多环节事件或多重保护系统的风险分析和评价，既可用于定性分析，也可用于定量分析。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价85分析步骤大致如下：

确定初始事件判定安全功能发展事件树和简化事件数分析事件树事件树的定量分析2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价86故障树分析法FaultTreeAnalysis，FTA，又称为事故树分析，由贝尔电话研究所的H．A．Watson于1961年至1962年间提出，是分析大型复杂系统安全性与可靠性常用的方法。故障树的基本概念在故障树分析中各种故障状态或不正常情况皆称故障事件，各种完好状态或正常情况皆称成功事件，两者均可简称为事件。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价87底事件：仅仅导致其它事件的原因事件，因此底事件位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件。底事件基本事件：在特定的故障树分析中无需再探明其发生原因的底事件，用圆形符号表示。未探明事件：原则上应进一步探明其原因但暂时不必或暂时不能探明其原因的底事件。它又代表省略事件，一般表示那些可能发生，但概率值微小的事件；或者对此系统到此为止不需要再进一步分析的故障事件。这些故障事件在定性分析中或定量计算中一般都可以忽略不计。未探明事件用菱形符号表示。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价88结果事件：由其它事件或事件组合所导致的事件。它总位于某个逻辑门的输出端。结果事件用长方形符号表示。顶事件：在故障树分析中所关心的结果事件，它位于故障树的顶端，总是所讨论的故障树中逻辑门的输出事件而不是输入事件。中间事件：位于底事件和顶事件之间的结果事件。它既是某个逻辑门的输出事件、同时又是另一逻辑门的输入事件。结果事件2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价89特殊事件：在故障树分析中需用特殊符号表明其特殊性或引起注意的事件。开关事件：一种特殊事件，在正常工作条件下它必能发生或者不发生。开关事件用房形符号表示。当房形中所给定的条件满足时，房形所在门的其它输入保留，否则除去。根据故障要求，可以是正常事件，也可以是故障事件。条件事件：一种特殊事件，它规定了逻辑门起作用的条件。条件事件用椭圆形符号表示。特殊事件2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价90故障树分析中用逻辑门描述事件间的逻辑因果关系。逻辑门与门：仅当所有的输入事件发生时，输出事件才发生。或门：至少一个输入事件发生时输出事件才发生。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价91特殊门顺序与门：仅当输入事件按规定的顺序发生时输出事件才发生。表决门：仅当n个输入事件中有m个或m个以上的事件发生时输出事件才发生。异或门：仅当单个输入事件发生时，输出事件才发生。禁门：仅当条件事件发生时，输入事件的发生方导致输出事件发生。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价92转移符号：为了避免重复画图，简化故障树图形，图形为一对三角形。两个三角形的标志编号相同，转出三角形旁边有一条线以一个门相连，表示“下面转到以字母数字为代号所指的子树去”，而转出三角形有一条线从它的顶端通向另一个门，表示“由具有相同字母数字的转向符号处转到这里来”。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价93故障树有关术语故障树：一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图。它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”，逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。故障树的一些专业术语。二状态故障树：如果故障树的底事件中不存在互不相容（亦称互斥）的故障事件。多状态故障树：如果故障树的底事件中存在互不相容的故障事件。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价94规范化故障树：将画好的故障树中各种特殊事件与特殊门进行转换或删减，变成仅含有底事件、结果事件以及“与”、“或”、“非”三种逻辑门的故障树。以下所述故障树均指规范化故障树。正规故障树：仅含故障事件及与门、或门的故障树。非正规故障树：含有成功事件或者非门的故障树。对偶故障树：将二状态故障树中的与门换为或门，或门换为与门而其余不变，所得到的树。成功树：除将二状态故障树中的与门换为或门，或门换为与门外，并将底事件与结果事件换为相应的对立事件，所得的树。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价95故障树分析步骤⑴确定所分析的系统确定分析系统即确定系统所包括的内容及其边界范围。⑵熟悉系统的整个情况，包括系统性能、运行情况、操作情况及各种重要参数等，必要时要画出工艺流程图及布置图。⑶调查分析过去、现在发生和未来可能发生的故障，同时调查本单位及外单位同类系统曾发生的所有事故。⑷确定所要分析的对象事件，将易于发生且后果严重的事故作为顶事件。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价96⑸调查与顶事件有关的所有原因事件。⑹按建树原则，从顶事件起，一层一层往下分析各自的直接原因事件，根据彼此间的逻辑关系，用逻辑门连接上下层事件，直到所要求的分析深度，形成一株倒置的逻辑树形图，即故障树图。⑺定性分析是故障树分析的核心内容之一。其目的是分析该类事故的发生规律及特点，通过求取最小割集（或最小径集），找出控制事故的可行方案，并从故障树结构上、发生概率上分析各基本事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价97⑻定量分析①各基本事件的故障率或失误率；②顶事件发生的概率，将计算结果与通过统计分析得出的事故发生概率进行比较。⑼根据损失率的大小评价该类事故的危险性。这就要从定性和定量分析的结果中找出能够降低顶事件发生概率的最佳方案。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价98故障树定性分析

包括求最小割集、最小径集和基本事件结构的重要度分析。⑴最小割集能导致顶事件发生的最低限度的基本事件的集合。故障树中凡能导致顶事件发生的基本事件的集合称作割集。割集中全部基本事件均发生时，则顶事件一定发生。⑵最小径集又称最小通集。在故障树中凡是不能导致顶事件发生的最低限度的基本事件的集合称作最小径集。在最小径集中，去掉任何一个基本事件，便不能保证一定不发生事故。因此，最小径集表达了系统的安全性。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价99⑶结构重要度 根据式（7-35）计算结果确定出结构重要度的次序。（7-35）2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价100故障树定量分析

是在求出各基本事件发生概率的情况下计算顶事件的发生概率。具体步骤：⑴收集树中各基本事件的发生概率；⑵由最下层基本事件开始计算每一逻辑门输出事件的发生概率；⑶将计算过的逻辑门输出事件的概率代入它上层的逻辑门，计算其输出概率，依次上推，直达顶事件，最终求出该事故的发生概率。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价101故障树分析的特点可用于复杂系统和广泛范围的各类系统的可靠性及安全性分析，各种生产实践的安全管理、可靠性分析和伤亡事故分析。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价102

故障树方法能详细查明系统各种固有、潜在的危险因素或事故原因，为改进安全设计、制定安全技术对策、采取安全管理措施和事故分析提供依据。它既可用于定性分析，也可用于定量分析，从数量上说明是否满足预定目标值的要求，从而明确采取对策措施的重点和轻重缓急顺序。但是，故障树分析要求分析人员必须非常熟悉对象系统，具有丰富的实践经验，能准确熟练地应用分析方法。在实际应用过程中，往往会出现不同分析人员编制的故障树和分析结果不同的现象。另外，复杂系统的故障树往往很庞大，分析、计算的工作量大；进行定量分析时，必须知道故障树中各事件的故障率数据。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价1037.3.3主要风险评价方法概述根据系统的复杂程度，可以采用定性、定量或半定量评价方法。具体采用哪种方法，要根据所评价的系统或行业的特点及其它因素确定。但无论采用哪种方法都有相当大的主观因素，都难免存在一定的偏差和遗漏。各种风险评价方法都有它的特点和适用范围。定性评价方法该方法主要根据经验和判断，对生产系统的工艺、设备、环境、人员、管理等方面的状况进行定性评价，典型的有安全检查表、预先危险性分析、失效模式和后果分析、危险可操作性研究、事件树分析法、故障树分析方法、人的可靠性分析方法等。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价104半定量评价方法该方法主要包括打分检查表法、作业条件危险性评价法（LEC法、MES法、MLS法）等。这类方法大都建立在实际经验的基础上，合理打分，根据最后的分值或概率风险与严重程度的乘积进行分级。打分检查表法的操作顺序同前述检查表法，但评价结果不用“是/否”确定，而是根据要求的严与宽给出标准，按照实际的满足情况打出具体分，即表的结果一栏被分成两栏，一栏是标准分，一栏是实得分。由于有了具体数值，就可以实现半定量评价。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价105

该法是把安全检查表所有的评价项目，根据实际检查结果分别给予“优”、“良”、“可”、“差”等定性等级的评定，同时赋予相应的权重，累计求和，得出实际评价值，即：式中，为评价等级的权重系数；为在总N项中取得某一评价等级的项数和；为评价等级数（如前述为4级）。依据实际要求，在最高目标值（N项都为“优”时的S值Smax）与最低目标值（N项都为“差”时的S值Smin）之间分成若干等级，根据实际的S值所属的等级来确定系统的实际安全等级。(7-36)2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价106定量评价方法该法根据一定的算法和规则对生产过程中的各个因素及相互作用的关系进行赋值，从而算出一个确定值。若规则明确、算法合理，且无难以确定的因素，则此法的精度较高，且不同类型评价对象间有一定的可比性。概率风险评价法、危险指数评价法、易燃易爆及有毒重大危险源评价法都属于此类方法。故障树、事件树分析既可定性，也可定量。美国道（Dow）化学公司的火灾、爆炸指数法，英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法，日本的六阶段风险评价方法和我国化工厂危险程度分级方法，我国易燃、易爆、有毒危险源评价方法均属此类。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价107管道风险分析图7-12管道风险评分流程图2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价108

虽然风险分析有多种方法，但在管道方面比较完整的方法还属WKentMuhlbauer所提出的评分法。造成管道事故的原因主要有四类：第三方破坏、腐蚀、设计和操作原因，每种最高100分，指数和在0-400之间，得分越高，风险越小。如图7-20，评分法主要按以下五个步骤进行。

⑴找出发生事故的各种原因，并加以分类；

⑵根据历史记录和现场调查加以评分，当然对评分的方法均有较严格的规定，以便各种评分不会有太大的偏差；

⑶把以上的评分得数相加；

⑷根据输送介质的危险性及影响面的大小综合评定得出泄漏冲击指数；

⑸把第三步所得指数与第四步的泄漏冲击指数综合计算，最后得出相对风险数。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价1097.3.4安全评价方法的选择⑴安全评价方法的选择原则选择安全评价方法应遵循充分性、适应性、系统性、针对性和合理性原则。①充分性原则：指在选择安全评价方法之前，应该充分分析评价的系统，掌握足够多的安全评价方法，并充分了解各种方法的优缺点、适应条件和范围，同时为安全评价工作准备充分的资料。②适应性原则：指选择的安全评价方法应该适应被评价的系统。被评系统可能是由多个子系统构成的复杂系统，评价的重点各子系统可能有所不同，各种评价方法都有其适应的条件和范围，应该根据系统和子系统、工艺的性质和状态，选择适应的方法.2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价110③系统性原则：指安全评价方法与被评价的系统所能提供安全评价初值和边值条件应形成一个和谐的整体.④针对性原则：评价目的不同，需要安全评价提供的结果可能是危险有害因素识别、事故发生的原因、事故发生概率、事故后果、系统的危险性等，安全评价方法能够给出所要求的结果才能被选用。⑤合理性原则：在满足安全评价目的、能够提供所需的安全评价结果的前提下，应该选择计算过程最简单、所需基础数据最少和最容易获取的安全评价方法，使安全评价工作量和要获得的评价结果都是合理的，不要使安全评价出现无用的工作和不必要的麻烦。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价111⑵安全评价方法的选择过程不同的被评价系统，选择不同的安全评价方法，且选择过程有所不同，一般可按下图选则安全评价方法。图7-13安全评价方法选择过程2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价112⑶选择安全评价方法应注意的问题：①充分考虑被评价系统的特点；②评价的具体目标和要求的最终结果；③评价资料的占有情况；④安全评价的人员。2023/11/21承压设备缺陷评定与风险评价1137.3.5风险接受准则将风险限定在一个合理的、可接受的水平上，根据影响风险的因素，经过优化，寻求最佳的投资、维修、检验方案。“风险与利益间要取得平衡”、“不要接受不必须的风险”、“接受合理的风险”——这些都是风险接受的原则。制定可接受风险准则，除了考虑人员伤亡、建筑物损坏和财产损失外，环境污染和对人健康潜在危险的影响也是一个重要因素。如美国国家环保局和国际卫生组织颁布的《致癌风险评价手册》、《健康手