加氢脱酸装置管线安全性评估

论文摘要

某石化公司加氢脱酸装置的管线于1990年建成,1996年投入使用,其具体参数为:管线材质为1Cr18Ni9Ti(无缝钢管);管线规格Φ219×20.62;操作压力为4.5MPa;操作温度为230～270℃;介质为常减压侧线油(常二、常三、减二、减三)、氢气、硫化氢,并且有氯离子存在。加氢脱酸装置的管线在高温、应力和腐蚀介质等恶劣条件下运行了十一年,材料的组织结构会发生显著变化,严重影响设备运行的安全性。所以其安全情况如何,是否可以继续使用是必须解决的重大问题。因此,需要从腐蚀和疲劳两方面对其安全性进行评估。经宏观检测,管子内壁出现了腐蚀现象,产生了棕黑色腐蚀层,并产生了众多沿管道周向的小裂纹。经过对材料组织腐蚀产物检测、金相组织检测等多项微观检测,得知管材在轧制的过程中产生了大量偏析的带状组织,因而组织自身存在着组织内应力。管道材料在组织内应力和外部腐蚀环境特别是氯离子的长期作用下产生了应力腐蚀。本文采用带环状缺口圆柱形试样,进行了管线材料多维应力状态下不同缺口形式的高温低周疲劳总寿命试验。利用有限元软件ANSYS对试样进行了应力、应变场分析,得到了试样危险点处当量应力、应变,根据Von Mises当量理论,求出了试样危险点的当量塑性应变范围,最后利用最小二乘回归方法及Manson—Coffin公式,得到了该材料高温低周疲劳总寿命方程。用有限元软件ANSYS建立管线模型,模拟管线实际工作状态,进行管线实际工作条件下的温度场、应力场及应变场计算。将实际受载下的当量应变范围带入高温低周疲劳总寿命方程,从而进行管线剩余寿命预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 论文选题的目的及意义
• 1.3 本文研究目标与研究内容
• 2 管线内壁缺陷检测
• 2.1 管壁内表面宏观分析
• 2.2 管壁内表面渗透探伤实验
• 3 管线材料化学成分分析
• 4 管线材料机械性能试验
• 4.1 管线材料常温机械性能试验
• 4.2 管线材料工作温度（270℃）机械性能试验
• 5 管线内表面腐蚀微观检测
• 5.1 管线内表面腐蚀产物检测
• 5.2 管线内表面腐蚀层深度检测
• 5.3 不锈钢腐蚀分析
• 6 管线材料组织分析
• 6.1 管线材料金相组织分析
• 6.2 带状组织观测分析
• 6.3 带状组织成分分析
• 6.4 带状组织中元素分布检测
• 6.5 材料组织检测结果分析
• 7 加氢管线材料高温低周疲劳总寿命试验
• 7.1 疲劳破坏概述
• 7.2 试验设备及试验参数
• 7.3 高温低周疲劳总寿命试验结果
• 8 管线材料高温低周疲劳试验有限元数值计算
• 8.1 力学模型建立
• 8.1.1 屈服准则
• 8.1.2 流动准则
• 8.1.3 强化准则
• 8.2 有限元模型建立
• 8.2.1 有限元计算单元的选取
• 8.2.2 试件的有限元模型
• 8.3 试件的高温低周疲劳试验有限元数值计算分析
• 8.3.1 试件应力场、应变场计算结果
• 8.3.2 危险点当量应变计算结果
• 9 管线材料疲劳寿命评价曲线及方程
• 9.1 综述
• 9.2 高温低周疲劳总寿命试验与计算结果
• 9.3 管线材料高温低周疲劳总寿命评价曲线及方程
• 9.3.1 不同缺口形式下材料高温低周疲劳寿命评价曲线及方程
• 9.3.2 材料疲劳总寿命曲线及方程
• 9.4 小结
• 10 加氢管线实际受载条件下应力、应变计算分析
• 10.1 管线三维模型建立
• 10.2 管线温度场数值计算
• 10.2.1 有限元计算单元的选取
• 10.2.2 温度场数值计算结果
• 10.3 管线温度场、应力场祸合数值计算
• 10.3.1 有限元计算单元的选取
• 10.3.2 管线温度场、应力场耦合数值计算结果
• 10.4 管线安全性分析及寿命预测
• 10.4.1 管线剩余寿命预测
• 10.4.2 管线安全性分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢