超高压管式反应器端部结构应力场的研究

超高压管式反应器是管式超高压聚乙烯装置的关键设备,其端部通常为夹套与反应管的过盈配合连接结构。利用电阻应变测量技术,针对某石化厂发生疲劳断裂的超高压管式反应器端部结构应力场开展试验研究,采用应力释放法获得过盈配合后的局部应力场数据,在此基础上,建立基于ANSYS软件的有限元模型,并与试验数据进行对比分析。结果表明,端部结构的过盈配合边缘局部范围内存在较高的轴向拉应力,且大于环向应力,应力水平随过盈量增加而提高;接触刚度对应力场数值模拟结果影响较大,在保证收敛的前提下应尽量增大接触刚度以提高模拟精度,有限元模拟结果与试验数据符合得较好。研究结果对后期的数值模拟以及结构失效原因的分析提供重要参考依据。

超高压管式反应器端部结构应力场的数值模拟

基于大型通用有限元软件ANSYS,对发生疲劳断裂的超高压管式反应器的端部结构进行数值模拟,分析了其在过盈套合、自增强处理以及服役期间开停工循环载荷三种工况下的局部应力场。结果表明:三种工况下,端部结构在过盈套合边缘局部范围内均存在较高的轴向拉应力,且大于环向应力;局部轴向应力随套合过盈量和自增强压力的增加而增大;半径过盈量为0.05 mm时,开停工循环载荷下的局部轴向平均应力最大值可达86.71 MPa,轴向交变应力幅值最大值达到62.2 MPa,裂纹垂直于轴向扩展的推动力较大。模拟分析结果对端部结构失效破坏原因的分析及其设计改进有一定的指导意义。

含缺陷超高压管式反应器剩余寿命预测与工程措施

对含缺陷超高压管式反应器,确定其主体材料K10X在醋酸环境下的腐蚀速率,根据最大允许腐蚀深度计算出剩余寿命;依据有限元模拟温度场分析保温层在不同工况下对温度分布影响的结果,增加了保温层以防止醋酸蒸汽的冷凝。模拟不同流速的氮气对管道内醋酸积液的吹扫效果。结果表明,施加保温层后,可以有效提高金属温度,防止醋酸蒸汽冷凝;进行氮气吹扫时,吹扫速率应不低于2m/s,吹扫时间不低于30min。

超高压管式反应器反应管的安全检验方法与评定

制定了反应管的安全检验方法与评定规则。对大庆石化公司塑料厂高压聚乙烯超高压管式反应器反应管进行了安全检验和评定,结果令人满意。

超高压管式反应器内部腐蚀原因

对超高压管式反应器的内部缺陷进行了微观金相组织分析及硬度测定,采用扫描电子显微镜对腐蚀产物进行了成分及形貌分析。结果表明,管道内壁腐蚀主要表现为腐蚀凹坑,凹坑底部未发现裂纹类缺陷,腐蚀产物主要是铁的氧化物。根据内壁缺陷的位置和实际运行参数,进行了温度场模拟和稳态热分析,结果表明,腐蚀位置处于醋酸蒸汽露点温度带;缺陷产生的主要原因是管道停工期间醋酸蒸汽冷凝造成的露点腐蚀。

超高压管式反应器的最佳弹性-塑性交界面半径

应用Mises屈服条件,考虑温差应力对超高压管式反应器疲劳寿命的影响,从剪应力强度最小原理与剪应力强度均匀分布原则,分析得到最佳弹性-塑性交界面半径公式,结果表明剪应力强度最小原理和剪应力强度均匀分布原则是相容的。文中公式可供超高压管式反应器的工程设计参考。

超高压管式反应器的检验和维护

介绍了大庆石化公司高压聚乙烯装置的超高压管式反应器的运行、检验和重新自增强情况,提出超高压管式反应器进行检验和重新自增强的周期,为国内超高压管式反应器的运行管理提供理论依据。

高压聚乙烯装置超高压反应管内腐蚀缺陷有限元分析

基于Von Mises屈服准则,采用有限元弹塑性分析方法对含腐蚀缺陷的高压聚乙烯装置超高压反应管道的应力分布进行有限元分析,研究腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对压力管道极限载荷的影响,把分析得到的临界失效状态下的壁厚作为超高压管道爆破的安全阈值。

超高压反应器泄漏声发射检测技术的应用

采用声发射检测技术,对某塑料厂发生泄漏的超高压管式反应器进行检测。检测中利用伪Margenau-Hill分布时频分析方法,获取泄漏喷流噪声信号与流动噪声信号在时频分布上的区别,实现泄漏声信号的准确识别。结合声发射信号参量分析和连续型声信号区域定位方法,确定泄漏发生在1#管弯曲段。经拆下检查,证明了检测结果的准确性。

超高压自增强厚壁弯管应力分析

超高压管式反应器由经过自增强处理的厚壁直管和厚壁弯管组合而成,自增强厚壁弯管的受力难以通过理论分析得出。基于有限元方法对自增强厚壁弯管的受力情况进行了分析,并将结果与基于平面应变模型的自增强厚壁直管的有限元计算结果进行对比。研究结果表明,厚壁弯管的回转半径对自增强厚壁弯管的受力情况有显著影响,回转半径越大、厚壁弯管的受力情况越接近厚壁直管。以自增强厚壁直管在工作压力下内表面的当量应力幅值为衡量基准,当厚壁弯管回转半径增大到一定值,可以认为自增强厚壁弯管的疲劳性能与厚壁直管基本一致。对于目前国内LDPE/EVA装置中常用规格的厚壁自增强弯管,如果以厚壁直管内表面当量应力幅值的10%作为厚壁弯管当量应力幅值的最大偏差,则回转半径R的取值应大于7D_(o),当偏差为5%时,回转半径R需大于10D_(o)。该研究结果与国外引进的超高压管式反应器设计参数相吻合。

短时超温对超高压聚乙烯反应器材料组织影响

对已使用的超高压聚乙烯管式反应器的材料30CrNiMo8低合金钢进行不同温度和时间的短时超温实验,在此基础上对其进行金相组织检验,扫描电镜观察和硬度测试,研究短时超温对超高压管式反应器材料微观组织和硬度的影响。结果表明:30CrNiMo8钢在短时超温中组织明显异常,晶粒长大并且碳化物增多;随着超温温度的增加,室温硬度在一定范围内逐渐减小,但当达到相变温度,硬度陡然增大;随着超温时间的增加,组织的晶粒增大,而材料的硬度反而减小。

高压聚乙烯反应管自增强残余应力的无损检测

针对超高压聚乙烯反应管内径小、壁厚大、内部介质压力为超高压等特点 ,开发出一套管内壁应变片粘贴装置和引线密封装置 ,从而保证了内压达 5 5 0 MPa以上时应变片及引线的密封与绝缘性。基于内壁应变—压力关系曲线与残余应力之间的对应关系 ,成功地测取了反应管内壁残余应力。本方法可推广应用于小管径管道内壁应变和自增强残余应力的测试。