轴向载荷下双金属机械复合管界面紧密度研究

为研究应用于油气田集输和海洋工程等领域的双金属机械复合管界面的紧密度特性,建立了液压成型及轴向载荷下双金属机械复合管力学模型,对比了梯形加载、递增式加载与脉动加载液压成型工艺对复合管界面紧密度的影响,探究了轴向载荷下成型压力与结构参数对复合管界面紧密度的影响规律。结果表明,脉动加载液压成型工艺与梯形加载、递增式加载加工工艺相比,管间残余接触压力提升45%,可以更好地保证双金属复合管成型的稳定性;提高成型后的残余接触压力,有助于增强复合管抗载能力;外基管壁厚对复合管承载力的影响最大;内衬管单独承受拉伸载荷时界面分离现象最明显,增加内衬管壁厚能延缓界面分离。

含缺陷管道碳纤维复合材料补强数值模拟研究

当代石油、天然气等能源的主要运输方式为管道运输,管道在长期使用时会产生各种缺陷,这些缺陷将对管道的结构和强度产生影响。目前先进的管道修复技术为复合材料补强技术,其中碳纤维复合材料是较优的选择。为了测试有/无碳纤维补强管道缺陷处的效果,开展了不同层数碳纤维复合材料的拉伸实验研究,结合ANSYS数值模拟探究了修复前后不同缺陷管道在承载时的应力、应变分布,分析了修复补强效果的影响因素。结果表明:缺陷减薄厚度对管道的应力、应变状态影响较大,碳纤维复合材料修复技术能在减小管道缺陷处应力、应变的同时优化其应力、应变分布,可以通过增加碳纤维修复层数来提升修复效果,相关研究对于管道的修复补强有一定指导意义。

含裂纹油气管道CFRP修复数值研究

裂纹缺陷引发的管道强度下降是埋地油气管道的主要事故原因之一,而高强度、高模量、耐腐蚀的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)可以很好地缠绕修复缺陷管段。针对有/无CFRP修复20钢含矩形裂纹缺陷管道,采用ANSYS有限元软件模拟内压载荷作用下含裂纹管道修复前后的响应过程,分析了裂纹角度、裂纹长度、裂纹深度、修复长度及修复厚度等参数对含裂纹管道强度的影响规律。研究表明,含裂纹管道的最大Mises等效应力随着裂纹与管道轴向夹角的减小、裂纹长度和深度的增大而增大,内压的增大加剧了缺陷参数对管道强度的影响程度。在工程中要严格控制裂纹在深度和长度方向的扩展,在内部减压后再维修含裂纹管道。CFRP修复厚度是修复后含裂纹管道强度的主要影响因素,随着修复厚度一定程度的增大,含裂纹管道最大Mises等效应力呈线性下降。

基于微试样的长时服役电厂高温管道力学性能研究

采用小冲孔试验方法、显微硬度试验方法、金相组织分析方法对高温、高压工况下(服役温度为260℃±20℃、工作压力为27 MPa)服役11.5万h后的损伤15CrMo耐热钢管道进行材料研究。小冲孔试验结果表明,与无损伤15CrMo耐热钢管道相比,损伤15CrMo耐热钢管道的小冲孔最大载荷和最大位移下降率分别为5.6%和5.89%。显微硬度分析结果表明,损伤15CrMo耐热钢管道内表面1 mm范围内存在8%的显微硬度升高,这与其内表面经历了长时的高温氧化损伤有关。金相组织分析结果表明,损伤15CrMo耐热钢管道内壁处由于高温氧化腐蚀,存在一定的晶粒脱落,易出现微裂纹,造成管道开裂。综合评价结果为,高温下长时服役对15CrMo耐热钢管道力学性能的损伤程度有限,材料能够保持良好的强度与塑性性能,未发生显著的力学性能退化与脆化,但管道内壁处的高温氧化损伤需引起关注,研究结果可为电厂高温管道的结构完整性评价提供参考。

关于压力管道及压力管道元件监管方式的总结与思考

根据现行法规对压力管道、压力管道元件的监管方式进行总结,重点分析了对工厂化预制管段、流量计(壳体)、撬装式承压设备系统和进口压力管道元件的监管。

基于泄漏率的垫片参数测试方法优化研究

垫片系数m和预紧比压y是法兰螺栓连接结构设计中的2个关键参数,ASMEⅧ.1卷和GB/T 150.3给出的都是基于结构强度的工程经验值,未与泄漏率关联。针对现有垫片参数测试方法不足之处进行优化调整,提出了一种更符合国内垫片标准体系和工程应用实际的垫片参数测试方法。通过与现有方法的试验比对,并对8类典型垫片产品进行验证测试,测试结果误差都在1%左右。使用多孔介质模型及Logistic模型对测试结果进行拟合,结果表明,该方法测试结果可靠,拟合情况良好,可供法兰螺栓连接结构设计参考使用。

湍流模型对风琴管喷嘴空化射流数值模拟的影响分析

针对不同湍流模型对空化射流流场数值模拟影响问题,基于ZGB(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型和WALE(wavelet analysis of Lagrangian errors)亚格子模型,采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)和RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)模型对风琴管喷嘴空化射流流场进行数值模拟研究,分析内外流场的压力分布、速度分布以及空化云演变规律,并将空化云演变规律与实验结果进行对比分析。结果表明,LES模型速度、压力分布更符合实际情况,空化云演变规律与高速摄像拍摄结果基本吻合,LES模型可以更准确地模拟风琴管喷嘴空化射流流场,对风琴管喷嘴结构优化、打击力度与目标靶距的预测更准确。

基于在线监测的核电厂主管道评定技术及软件开发

研究了基于运行参数在线监测的主管道断裂评定方法,建立了由热电势测试材料冲击功、裂纹撕裂断裂韧度预测和在线含缺陷管道断裂评定的成套技术方案,开发了专用的主管道断裂评定软件,并验证了某工况下使用该软件的计算结果与原设计要求偏差小于3%。

基于蒙特卡洛方法的油田管道内腐蚀状态安全评价及预测

随着管道长时间运行,油气管道内壁会出现不同程度的腐蚀、凹点、裂纹、结垢及磨蚀等缺陷,需要及时维修或者更换。针对油田管道内壁腐蚀特点,提出了一种新的基于蒙特卡洛方法的管道安全评估模型。首先用管道内检测仪器对目标管道进行内检测,获取相关缺陷的具体数据,然后在分析数据的基础上预测腐蚀缺陷生长规律,最后基于安全预警模型对管道内腐蚀进行安全评价,预判管道失效年限。

高磅级旋转法兰结构设计及有限元分析

为了更好地评估旋转法兰在高温、高压下的工作状态,在现有压力级别(300~900磅)旋转法兰的基础上,对1 500磅和2 500磅旋转法兰进行结构设计和建模,并对模型强度和刚度进行校核,同时采用ABAQUS软件进行有限元静态力学分析。结果表明:各公称直径下旋转法兰的计算应力均小于许用应力,刚度满足使用要求;压力等级和法兰尺寸对旋转法兰应力分布存在一定影响,1 500磅旋转法兰存在芯套小端高颈以及垫片与法兰盘相接触2个应力集中区域,2 500磅旋转法兰除上述2个应力集中区域外,其芯套台阶处也会产生应力集中;最大应力均出现在芯套小端高颈处,且最大应力小于材料许用应力,设计的高磅级旋转法兰满足使用要求。研究结果进一步丰富了2 500磅旋转法兰结构设计案例,可为高磅级旋转法兰结构设计提供参考。

苯酚管道数字射线在线检测试验研究

针对化工装置的苯酚管道在线检测的需求,通过制作含埋藏缺陷的不同管径的试样,选择合适的透照工艺参数,在有无介质的两种工况下,分别开展数字射线检测试验,研究缺陷的检出情况。通过对比研究检测结果发现后,管径DN 250 mm及以下含介质管道,气孔、未焊透等体积型可以有效检出,裂纹等面积型缺陷一定条件下可以检出,说明苯酚管道数字射线在线检测具有可行性。

安全阀排放的动响应分析

安全阀排放冲击与响应是振动工程中典型的瞬态响应问题。根据阀后直管段长度L与特征长*度L的关系,讨论了四种可能的冲击形式;利用Laplace变换和逆变换,给出了四种冲击的瞬态响应解析解,表明冲击响应的最大幅值是关于安全阀全开时间与系统自振周期之比的函数;据此对安全阀排放系统的动载系数DFL取值给了分析和建议。

高温中压长输蒸汽管道的热补偿方式及支架约束

高温中压长输蒸汽管道热补偿方式有别于电厂内部短距离输送管道,既要考虑安全性,又要考虑项目的经济性。论文对比常用热补偿方式的优缺点,提出高温中压长输蒸汽管道采用旋转补偿器补偿为主、自然补偿为辅的热补偿方式较为合理。对直线线路段、平行线路段、转角及转角叠加标高微调段、直线高差段、直线跨越段这几种常见的管道布置形式,通过START应力计算软件建模分析,确定较优的热补偿方式及支架约束条件。

高温烟气管道膨胀节稳定失效分析与设计优化

针对某甲醇制烯烃(MTO)装置再生烟气管道波纹管膨胀节稳定失效的故障,分析了管道支座布置和操作工况变化对膨胀节稳定性的影响,结合管道热位移、盲板力的计算,证明了管道支座的选型及合理布置是保证膨胀节安全、有效服役的关键。提出了膨胀节的改造应用方案和治理措施,为类似工况膨胀节的应用和失效预防提供了经验。

带切向接管内压圆筒的极限承载能力计算

针对压力容器切向接管开孔结构存在较大结构不连续性、易产生较高局部应力、目前没有适用的圆柱壳切向接管结构常规设计方法的问题,采用极限载荷分析方法,探讨不同切向接管无量纲结构参数(直径比do/Di≤0.3、径厚比Di/T≤125、厚度比t/T≤1.75)对承压圆柱壳体极限承载能力的影响,并定义了基于无接管壳体的强度削弱系数。结果表明,这3个因素都对圆柱壳切向接管结构的强度具有显著影响,当do/Di和Di/T增大、t/T减小时,强度削弱系数增大,意味着切向接管对圆柱壳的强度削弱程度增大。在大量计算结果基础上,对强度削弱系数进行回归分析,得到了回归方程,为带切向接管内压圆筒结构的强度设计提供参考。

基于压痕法对高温合金GH3536单轴拉伸性能的评估研究

镍基高温合金GH3536因其优异的抗氧化和耐腐蚀性能及良好的蠕变强度,被广泛应用于高温气冷堆、石油化工设备、各类能源转换装置等能源化工行业的高温核心设备。以锻造态和增材制造GH3536为研究对象,探究了将王-张拟合系数模型用于球压头压入试验,从而实现GH3536单轴拉伸性能反演的可行性。研究结果表明,2种不同制造工艺GH3536的屈服强度与常规拉伸测试结果具有较好的一致性,而抗拉强度的预测则存在一定误差,但误差范围与结果稳定性同样能够基本满足工程应用需求。该研究为高温受监部件材质劣化的在线评定提供了重要技术手段,有助于保障相关能源化工行业高温核心设备的服役安全。

蛭石增强垫片加速寿命试验的最高温度应力水平确定研究

研究高可靠性垫片的寿命通常采用加速寿命试验,而加速寿命试验要求失效机理一致,因此合理地选择垫片最高应力水平尤为重要。以蛭石增强垫片为研究对象,进行温度加速退化试验,建立了垫片的幂律退化模型,基于Arrehenius方程和激活能原理得到了失效机理转变的温度区间;在给定失效阈值前提下,对伪寿命数据服从Weibull分布进行假设检验,确定了垫片最高温度应力水平为1123 K。对退化过的垫片进行压缩回弹试验,结果表明,当退化温度高于1123 K时,垫片的压缩回弹性能明显下降,进一步说明最高温度应力水平为1123 K的合理性。

LNG管道裂纹缺陷产生原因分析及安全评估

对LNG管道在检维修期间发现的裂纹超标缺陷进行了裂纹形成原因推断分析,针对裂纹缺陷的成因提出了裂纹缺陷潜在的失效模式,并进行了基于一次成型裂纹的断裂与塑性失效安全评价和基于疲劳裂纹扩展失效的安全评价,对含裂纹缺陷LNG管道的后续运行提供了处理建议,为相似类型的管道裂纹超标缺陷的安全评价和处理提供参考。

机械-电化学耦合作用下管道缺陷对应力腐蚀的影响

基于有限元数值模拟方法,研究高强度管线钢在不同应力应变和不同缺陷尺寸下的应力腐蚀行为。结果表明,相较于弹性变形阶段,塑性变形阶段的机械-电化学耦合效应更加显著,缺陷深度相较于缺陷长度对应力腐蚀速率的影响更大。

高压工业管道焊缝泄漏信号数值模拟

高压工业管道焊缝泄漏信号高精度数值模拟可帮助后期相关信号传感器的设计与研究,保障工业现场安全。分别建立泄漏过程中物质质量、动量和能量守恒方程,通过湍动能和耗散率描述风场环境,分析壁面粗糙程度,利用湍流方程描述湍流形成过程,建立焊缝泄漏模型;将上述模型耦合到FLUENT软件中,确立模拟区域,合理划分线网格与面网格,针对风速入口、泄漏入口、出口和地表设定边界条件,提高模拟结果的合理性。将天然气高压工业管道作为模拟对象,模拟结果显示,泄漏位置的泄漏速度越快,湍流扩散范围越大;距离泄漏点越近的地方,泄漏物质浓度越高,模拟结果和实测结果的误差越小,模拟方法能为泄漏事故解决措施提供合理依据。