高温承压设备结构完整性技术

资源和环境问题的日益严峻促使石油化工、能源、航空航天等诸多领域呈现出高参数、大型化、高风险运行的发展态势,这一趋势对相关装备设计、制造和使用的科学基础———高温装备结构完整性原理提出了新的挑战。本文概述了基于损伤理论和断裂理论的高温结构完整性技术的近期研究进展及其工程实践,并就这一领域未来理论和技术研究的突破点进行了展望。     

基于内氧化层厚度评价炉管剩余寿命的技术

对高温构件的氧化层形成机理以及内氧化层与炉管剩余寿命的相关关系进行了阐述。介绍了几种最常用的炉管材料的氧化层生长动力学方程，并演示了利用内氧化层厚度实际评价炉管剩余寿命的实例。此外还介绍了测量内氧化层厚度的各类先进方法，着重介绍了超声波技术测试高温管件内壁氧化层的厚度的发展，并在此基础上，指出尚待解决的一些相关科学技术问题。     

哈氏合金C276管道焊接残余应力与变形的有限元分析

针对哈氏合金C276焊接特点,运用有限元分析软件ABAQUS,对哈氏合金C276管道多道焊残余应力进行了有限元模拟。利用单元生死技术,模拟焊缝金属的形成;利用FORTRAN语言编写子程序DFLUX,实现了移动的高斯分布热源;考虑对流、传导、辐射以及高温下的材料性能,获得了残余应力和变形的分布规律。计算结果表明,在焊缝及热影响区,轴向拉应力对内壁裂纹的产生有主要的影响,环向拉应力对外壁裂纹的产生有主要的影响。线能量对温度和变形的影响较大,而对残余应力影响不大。     

服役炉管材料Incoloy 800H高温断裂韧性研究

介绍了服役炉管材料Incoloy 800H在550,680 ℃下高温断裂韧性的试验研究情况.研究表明,服役炉管材料Incoloy 800H高温断裂韧性随温度升高而下降,在680 ℃下约为80～100 kJ/m2,550 ℃下断裂韧性值更高,试验结果为服役炉管高温短时断裂安全评估提供了重要依据.     

16MnR钢焊接接头氢扩散三维有限元模拟

利用电化学渗透法测定氢在16MnR钢焊接接头处的焊缝金属、热影响区金属以及母材中的扩散系数。基于有限元软件ABAQUS,开发焊接接头在氢环境下的三维氢扩散耦合有限元计算程序,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响,得到氢浓度随时间的分布规律。计算结果表明,在焊缝和热影响区,由于氢聚集的浓度和焊接残余应力较大,这很容易使材料在应力作用下发生与氢有关的开裂。     

SPV50Q高强钢焊接接头在湿H2S环境下的开裂敏感性研究

具有较高强度和良好韧性的SPV50Q钢常用于制造液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)球罐,球罐通过焊接制造后一般不经过焊后热处理,因此在焊接接头处将有焊接残余应力存在.服役经历和现场检测表明,较高H2S浓度和焊接残余应力将会导致材料产生环境失效如氢鼓泡(hydrogen blistering,HB)或氢致开裂(hydrogen-induced cracking,HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)以及应力诱导氢致开裂(stress-oriented hydrogen induced cracking,SOHIC).文中通过1×10-6s-1的慢应变速率拉伸试验,对手工电弧焊焊接的SPV50Q焊接接头在不同浓度H2S水溶液中的开裂敏感性以及开裂特征进行研究.试验结果表明,SSCC和HIC发生在靠近焊接接头热影响区的母材上,不同温度下的焊后热处理将降低材料的应力腐蚀开裂敏感性,实施正确焊后热处理可提高SPV50Q焊接接头抵抗SSCC或HIC能力,而不降低钢的力学性能尤其是韧性.     

省煤器夹套式热管爆破的原因

某五段省煤器夹套式热管在运行过程中发生爆破,导致泄露;从化学成分、显微组织、硬度、断口形貌等方面对夹套式热管的爆破原因进行了分析。结果表明:在第一次开工时该热管在400℃左右超温运行,蒸汽压力超过其爆破压力导致外管开裂;外管开裂后,管内水介质及内外管间工质流出,冷却作用下降,高温烟气直接接触内管,增加了硫酸露点腐蚀的可能性,导致继续运行3个月后内管发生破裂;在实际运行中,应严格控制操作工艺,加强运行管理,杜绝管道超温,以防同类失效再次发生。     

焊接对HK40高温炉管的蠕变损伤与断裂的影响

采用含有局部效应的蠕变损伤力学方法,计及材料不均匀性,建立母材和焊缝金属两材料有限元模型,分析了具有缺口的ＨＫ４０带焊缝试样以及实际ＨＫ４０炉焊接接头的蠕变损伤发展与断裂。蠕变损伤模拟结果表明,虽然焊缝金属为蠕变硬焊缝,但在服役寿命的后焊缝损伤较母材严重,出现损伤局部化特征,最终的失效发生在焊缝中。股役１０年的ＨＫ４０炉管的金相剖析也明显焊缝比母材具有较高的损伤级别,这预示着焊缝在长期股役过程中是最薄弱的环节之一。     

乙烯裂解炉服役炉管修复裂纹研究

通过焊接试验 ,借助金相显微镜和扫描电子显微镜 ,对服役炉管焊接接头开裂原因及影响因素进行了分析研究。焊接裂纹在热影响区垂直于焊缝横向启裂 ,平行于焊缝纵向扩展 ,具有沿晶特征。炉管母材晶界渗碳氧化是裂纹开裂的内在因素 ,组织沿晶损伤及孔洞形成是其微观现象 ,焊接工艺和拘束度同样影响裂纹的形成和扩展     

严苛条件下承压系统安全阀技术

安全阀作为承压系统主要的安全附件对保证化学与能源工业装置的安全运行起着举足轻重的作用。近年来,随着承压系统工作压力与温度环境等日益严苛,对安全阀性能也提出了更加精准与严苛的要求。为了探索先进安全阀的设计、制造与运维技术,本文概述了安全阀的研究现状和取得的重要技术进展,包括安全阀动作和排量性能的精准设计、安全阀密封设计、安全阀抗震设计、安全阀可靠性的精准设计、热态试验验证及安全阀本身的结构完整性保障和健康监测等,在此基础上,指出了今后亟待解决的若干科学技术问题,包括极端工况（高温、高压、地震、火灾等）流体流场下安全阀瞬态响应的计算模拟技术、极端工况下安全阀全性能试验装置和试验方法、精确测量安全阀流量系数的多尺度方法、智能安全阀技术、极端工况安全阀结构完整性评价技术。