[发明专利]预测压力容器即将发生的失效的系统和方法

说明书

系统(10)和预测压力容器(12)即将发生的失效的方法，包括压力容器(12)、流体源(16)、耦接到压力容器(12)和流体源(16)的管线(14)、设备(18)、传感器(24)和控制器(26)。设备(18)包括管道(36)和容纳结构(40)。容纳结构(40)包括通过管道(36)的管道壁(44)的一部分与管道(36)的内部分开的腔(38)。传感器(24)被配置为用于确定腔(38)中的物理特性的值。控制器(26)与传感器(24)进行信号通信并且被配置为用于检测该值的变化。该方法包括确定腔(38)中的物理特性的第一值，经历管道壁(44)的失效，确定腔(38)中的物理特性的第二值以及检测第一值与第二值之间的差。

背景技术

压力容器通常用于在压力下容纳各种气体或流体，例如诸如氢、氧、天然气、氮、丙烷和其他燃料。通常，压力容器可以是任何尺寸或配置。例如，容器可以是重的或轻的、单次使用的(例如，一次性的)、可重复使用的、经受高压(例如大于50psi)、低压(例如小于50psi)或用于在升高温度或低温温度下存储流体。

合适的压力容器壳体材料包括金属，诸如钢；或者复合材料，其可以由缠绕的玻璃纤维丝或其他合成丝的层压层形成，通过热固性或热塑性树脂结合在一起。衬里或囊通常设置在压力容器壳体内以密封容器，从而用作流体渗透屏障。

通常，压力容器具有有限的寿命，并且希望在其失效之前从服务中移除压力容器，因为失效可能是灾难性的并且导致损坏或损伤。循环疲劳和静态疲劳(应力破裂)两者都会导致压力容器的疲劳载荷并且从而导致失效。压力容器的日历寿命或在特定压力范围(例如，从接近空压力到全压力)下的疲劳循环次数通常用于确定何时从服务中移除容器。然而，在一些应用中，施加到压力容器的压力范围和循环次数是不一致的和/或未知的。此外，循环疲劳寿命与静态疲劳寿命之间的相互作用不太清楚。循环的影响以未知的方式与压力容器在没有循环的情况下在全压力下度过的持续时间的影响结合。

容器寿命的数学预测通常用于评估压力容器的疲劳寿命。这需要计算或估计循环次数，然后按平均应力水平和应力范围排序(分类)。将这些循环结合到相等数量的全范围循环中以估计剩余的容器寿命。然后必须确定如何将该信息与静态疲劳相结合。在循环的计算和估计中、在结合循环效应中以及在评估压力容器的总寿命和剩余寿命中，不确定因素是固有的。

发明内容

在一个方面，该公开描述了一种系统，包括压力容器、流体源、耦接到压力容器和流体源的管线、设备、传感器和控制器。设备包括管道和容纳(防护)结构。管道具有管道壁，其中管道被配置为用于流体连接到管线。容纳结构包括通过管道壁的一部分与管道的内部分开的腔。传感器被配置为用于确定腔中的物理特性的值。控制器与传感器进行信号通信，并且被配置为用于检测该值的变化。

在另一方面，该公开描述了一种预测压力容器即将发生的失效的方法。该方法包括经由管线将压力容器流体地连接到增压流体的源，以及将设备流体地连接到在压力容器与源之间的管线。设备包括管道和容纳结构。管道具有管道壁，其中管道被配置为用于流体连接到管线。容纳结构包括通过管道壁的一部分与管道的内部分开的腔。该方法还包括确定在容纳结构的腔中的物理特性的第一值，经历允许流体从管道的内部流入腔中的管道壁的失效，确定腔中的物理特性的第二值，以及检测第一值和第二值之间的差。

该公开，在其各种组合中，无论以设备形式还是方法形式，也可以以下面列出的项目为特征：

1.一种系统，包括：

压力容器；

流体源；

管线，耦接到压力容器和到流体源；

设备，包括：

管道，具有管道壁，其中管道被配置为用于流体连接至管线；

以及

容纳结构，包括通过管道壁的一部分与管道的内部分开的腔；