超高压反应管疲劳寿命与安全性能的试验研究

发布时间：2017-05-14 20:13

  本文关键词：超高压反应管疲劳寿命与安全性能的试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的快速发展，超高压反应管在石化企业聚乙烯生产中的作用日益突出。反应管在投入使用前需进行自增强处理以改善应力分布状态，但在实际生产中由于反应管工况条件及工作环境等因素会使自增强残余应力发生松弛，降低反应管的疲劳寿命及安全性能，同时我国从上世纪七八十年代从国外引进的几套超高压反应装置均已进入设计寿命的中后期阶段，设备安全状况严峻。因此开展反应管的安全性能及疲劳寿命的研究，对保障人员在生产中的安全，也为设备故障诊断及技术革新提供依据，，具有重要的理论价值及工程实际意义。 本文以某石化企业服役20年、存放7年的超高压反应管为研究对象，结合理化检验、X射线残余应力测试、自增强及疲劳等相关试验研究，在Ansys分析的基础上提出采用Shigley近似法与Ansys疲劳寿命分析法，对反应管的疲劳寿命进行了估算，主要内容如下： 1、根据反应管在弹性层及塑性层的残余应力表达式，在第四强度理论下推导出弹塑性交界面处当量应力的表达式，对反应管在4种特殊工况下的弹性承载能力进行了系统分析，得出反应管的最大弹性承载能力、影响因素及变化规律。 2、自增强试验前对反应管进行反向屈服分析，得出安全自增强压力范围为：Ps1407.6MPa Pa min(Ps2, Ps3)758.2MPa。同时对反应管进行8000次疲劳试验，得出外壁环向应变与疲劳次数的关系式，为企业在线监测反应管安全运行提供依据。 3、根据Ansys模拟结果，对比630MPa及716MPa自增强处理效果，对最佳自增强处理半径及压力进行分析，得出该反应管的最佳自增强处理半径为27.15mm，处理压力为653MPa。再利用Shigley近似法及疲劳分析法对反应管在不同自增强处理压力下的疲劳寿命进行预测，通过对比发现，两者最大相对误差为19.79%，最小相对误差-3.89%。 4、利用X射线残余应力测试仪对反应管进行残余应力测试，得出半径r=20.3mm处环向残余应力值R t=-34.9MPa，在此基础上利用Shigley近似法求得出反应管剩余疲劳寿命。
【关键词】：超高压反应管 残余应力松弛 疲劳寿命 有限元法 Shigley近似法
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ055.8;TQ086.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 超高压技术研究的工程背景及现实意义11-13
• 1.1.1 超高压容器及超高压技术11-12
• 1.1.2 超高压反应管在聚乙烯生产中的应用12
• 1.1.3 超高压反应管基本结构及特点12-13
• 1.1.4 超高压反应管选材原则13
• 1.2 超高压反应管典型事故分析及安全对策13-16
• 1.2.1 典型事故分析13-15
• 1.2.2 安全对策措施15-16
• 1.3 自增强技术16-18
• 1.3.1 自增强技术的发展概况16-17
• 1.3.2 自增强技术的发展17
• 1.3.3 自增强处理时应注意的问题17-18
• 1.4 疲劳寿命的预测方法18-21
• 1.4.1 疲劳寿命研究的国内外现状18-19
• 1.4.2 疲劳寿命预测的主要方法19-21
• 1.5 本文工作的主要内容及意义21-24
• 1.5.1 工作内容21-22
• 1.5.2 研究意义22
• 1.5.3 技术路线图22-24
• 第二章 超高压反应管残余应力测试与分析24-37
• 2.1 超高压反应管残余应力松弛理论研究24-25
• 2.1.1 自增强残余应力松弛机理24
• 2.1.2 自增强残余应力松弛原因分析24-25
• 2.1.3 自增强残余应力对疲劳强度的影响25
• 2.2 自增强残余应力安全性分析25-33
• 2.2.1 超高压反应管基本参数25-26
• 2.2.2 超高压反应管理化检验26
• 2.2.3 超高压反应管自增强残余应力理论分析26-27
• 2.2.4 反应管自增强弹性承载能力理论分析27-33
• 2.3 超高压反应管残余应力测试33-36
• 2.3.1 X 射线残余应力测试简介33-34
• 2.3.2 X 射线残余应力测量原理分析34
• 2.3.3 超高压反应管自增强再处理前的残余应力测试34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 超高压反应管自增强再处理试验研究37-42
• 3.1 超高压反应管自增强再处理试验37-38
• 3.1.1 试验对象结构及尺寸37
• 3.1.2 超高压反应管贴片位置示意图37-38
• 3.2 试验过程中主要的危险有害因素及防护38
• 3.3 反应管自增强反向屈服分析38-39
• 3.4 试验及结果分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 超高压反应管疲劳试验研究42-48
• 4.1 自增强残余应力疲劳寿命研究方法42
• 4.2 疲劳试验简介42-43
• 4.3 试验内容43-46
• 4.3.1 前期准备43-44
• 4.3.2 试验过程44
• 4.3.3 误差分析44-46
• 4.4 疲劳试验及结果分析46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 有限元模拟分析及疲劳寿命预测48-73
• 5.1 有限元方法在超高压反应管应力分析中的应用48
• 5.2 超高压反应管有限元模拟48-50
• 5.2.1 Ansys 有限元前处理48-49
• 5.2.2 边界条件及载荷工况设定49-50
• 5.3 Ansys 有限元模拟结果50-57
• 5.3.1 工况 1 有限元模拟结果50-51
• 5.3.2 工况 2 有限元模拟结果分析51-52
• 5.3.3 工况 3 有限元模拟结果分析52-53
• 5.3.4 工况 4 有限元模拟结果分析53-54
• 5.3.5 工况 5 有限元模拟结果分析54-57
• 5.4 反应管最佳自增强处理半径及压力分析57-62
• 5.4.1 工况 6 有限元模拟结果分析58-60
• 5.4.2 工况 7 有限元模拟结果分析60-62
• 5.5 Shigley 近似法计算反应管疲劳寿命62-66
• 5.5.1 疲劳曲线及基本参数简介62-64
• 5.5.2 反应管自增强处理前疲劳寿命分析64-66
• 5.6 超高压反应管 Ansys 有限元疲劳分析66-71
• 5.6.1 Ansys 疲劳分析简介66-67
• 5.6.2 反应管的有限元疲劳分析过程67
• 5.6.3 反应管的有限元疲劳分析结果67-71
• 5.7 本章小结71-73
• 结论及展望73-75
• 结论73-74
• 展望74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80-81
• 致谢81-82
• 附件82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：366140