腐蚀环境中含缺陷加氢反应器的剩余寿命评估

论文摘要

加氢反应器不仅长期在高温、高压及交变载荷条件下工作,而且还在临氢的恶劣环境中工作,疲劳破坏是其主要的破坏形式。其中经常出现一种脆断破坏形式——腐蚀疲劳。结构的腐蚀疲劳是一个受到大量不确定因素影响的极其复杂的现象。作为断裂力学的一个新的分支,概率断裂力学从概率和统计的角度对机构进行疲劳可靠性分析,充分考虑了腐蚀疲劳破坏过程中每一个不确定因素,将影响腐蚀疲劳裂纹扩展速率的各参数看作是服从某一种分布的随机变量。这是应用于压力容器结构腐蚀疲劳安全性评估中的一种合理的新方法。首先本文针对2.25Cr-Mo钢制加氢反应器的特征,对在正常运行过程中和停运时产生的氢腐蚀、回火脆性、应力腐蚀裂纹、氢脆及裂纹、堆焊层剥离等常见缺陷进行分析,画出故障树,发现氢压和温度对加氢反应器失效有很大的影响,这为反应器安全使用及科学检测提供了理论依据和研究方向。其次本文通过对化工和石油化工装置中的典型材料2.25Cr-Mo钢在腐蚀介质中腐蚀疲劳裂纹扩展速率的研究,寻找在不同氢压和温度共同作用下其腐蚀疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅值△K之间的关系,探索研究在用含缺陷加氢反应器腐蚀疲劳安全评定技术。最后,本文又将现有的基于蒙特卡罗方法的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及寿命预测算法进行改进并应用到实际。经算例验证,该方法具有良好的工程应用前景。

论文目录

• 创新点摘要
• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 加氢反应器失效分析
• 1.1 失效分析
• 1.1.1 故障树分析概述
• 1.1.2 建立故障树
• 1.2 加氢反应器的常见缺陷
• 1.2.1 原始缺陷
• 1.2.2 运行期间产生的缺陷
• 1.2.3 开停工期间产生的缺陷
• 1.3 加氢反应器的常见破坏形式
• 1.3.1 氢脆
• 1.3.2 回火脆化
• 1.3.3 氢腐蚀
• 1.3.4 堆焊层剥离
• 1.3.5 腐蚀疲劳
• 1.3.6 应力腐蚀裂纹
• 1.4 加氢反应器故障树分析
• 1.4.1 故障树的建立
• 1.4.2 定性分析
• 第二章 在役加氢反应器的腐蚀疲劳寿命估算模型
• 2.1 概述
• 2.1.1 确定疲劳寿命的方法
• 2.1.2 各种疲劳寿命估算方法
• 2.2 应用蒙特卡罗方法的腐蚀疲劳剩余寿命估算
• 2.2.1 建立概率论模型和确定随机量的分布
• 2.2.2 随机抽样
• 2.2.3 应用程序求解剩余寿命
• 2.3 腐蚀疲劳裂纹扩展速率
• 2.3.1 腐蚀裂纹扩展的一般规律
• 2.3.2 腐蚀裂纹扩展速率
• 第三章 加氢反应器的腐蚀疲劳剩余寿命预测的随机分析
• 3.1 氢环境下2.25Cr-MO 钢的随机裂纹数学模型
• 3.1.1 试验用材料的化学成分及机械性能
• 3.1.2 在不同氢压条件下腐蚀疲劳裂纹扩展速率
• 3.1.3 不同温度T 下腐蚀疲劳裂纹扩展速率
• 3.1.4 腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型及验证
• 3.2 实例分析
• 3.2.1 加氢反应器的基本参数
• 3.2.2 主要变量的确定
• 3.2.3 各物理量的取值
• 3.2.4 随机剩余寿命的计算
• 3.2.5 确定性寿命与随机剩余寿命的比较
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士论文期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要