变压吸附器的安全评定及剩余寿命预测

发布时间：2017-06-05 13:15

  本文关键词：变压吸附器的安全评定及剩余寿命预测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：变压吸附器是一种比较典型的压力容器,是石油炼化、化工、冶金等行业中常见的重要设备,其运行工矿复杂苛刻,受高压和低压周期性地交替作用,容易发生疲劳失效。本课题所检验研究的变压吸附器为某炼化企业的制氢吸附装置,于1993年投入使用,至今已经连续运行20年,已处于超期服役状态,为保证其安全运行,对吸附器进行全面检验、安全评定及寿命预测具有十分重要的意义。本课题在查阅大量文献的基础上,采用现场检验与ANSYS有限元模拟相结合的办法,对吸附器进行安全性分析及剩余寿命预测。首先借助各种无损检测手段,对吸附器进行全面检验。结果显示,吸附器整体壁厚都存在不同程度的减薄现象;另外,超声波探伤发现在吸附器下封头与筒体连接的环焊缝上存在两处超标缺陷,通过对超标缺陷的简化安全评定,显示这两处超标缺陷处于安全范围内。然后利用有限元分析软件ANSYS对吸附器的整体及局部做了详细的结构应力分析,得到吸附器在各载荷作用下,整体及局部的应力分布状况及变形情况,通过查看应力云图,吸附器应力集中最严重的部位为下封头与筒体连接的环焊缝。最后采用线处理法在吸附器应力较为集中的危险截面处选取评定路径,对吸附器进行了安全评定及剩余寿命预测。结果显示,吸附器整体安全状况良好,各部位能够满足强度要求,安全评定合格;通过计算交变应力幅,估算出吸附器剩余寿命在5年以上。此外,通过本课题对变压吸附器的检验研究,从科学研究的角度对变压吸附器的检验技术方案进行改进和完善,为日后变压吸附器检验技术方案的制定提供参考依据。
【关键词】：变压吸附器 无损检测 安全评定 剩余寿命
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE96;TH49
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10
• 1.2 课题研究的目的和意义10-11
• 1.3 课题相关领域的研究现状11-12
• 1.3.1 吸附技术研究现状11
• 1.3.2 吸附器主要失效模式11-12
• 1.4 变压吸附器的工作环境及原理12-13
• 1.4.1 变压吸附器的工作环境12
• 1.4.2 变压吸附器的工作原理12-13
• 1.5 课题研究内容及路线13-15
• 1.5.1 主要内容13-14
• 1.5.2 技术路线14-15
• 第二章 实验设备及方案15-24
• 2.1 吸附器情况介绍15
• 2.2 历次检验情况15-16
• 2.3 目前常用的无损检测技术16-18
• 2.4 主要实验方案18-20
• 2.5 主要实验仪器介绍20-24
• 2.5.1 磁记忆探伤仪20-21
• 2.5.2 着色渗透探伤剂21
• 2.5.3 超声波探伤仪21-22
• 2.5.4 便携式金相仪22
• 2.5.5 声发射检测仪22-24
• 第三章 吸附器检测结果及分析24-36
• 3.1 检验依据24
• 3.2 宏观分析24
• 3.3 壁厚检测24-26
• 3.4 金属磁记忆检测26-27
• 3.5 渗透、磁粉检验27-29
• 3.6 超声波检测29
• 3.6.1 探测位置29
• 3.6.2 检测结果29
• 3.7 声发射检验29-33
• 3.8 硬度及金相分析33-35
• 3.8.1 硬度检测33-34
• 3.8.2 金相分析34-35
• 3.9 本章小结35-36
• 第四章 缺陷安全评定36-43
• 4.1 缺陷表征37-38
• 4.2 等效裂纹尺寸ā38-39
• 4.3 确定总当量应力σ_Σ39-40
• 4.4 确定材料性能数据40
• 4.5 δ及根号下（δ_r）的计算40-41
• 4.6 S_r的计算41
• 4.7 评定结果41-42
• 4.8 本章小结42-43
• 第五章 变压吸附器数值模拟计算43-62
• 5.1 ANSYS有限元分析软件43-44
• 5.2 ANSYS有限元分析的主要流程44
• 5.3 吸附器模型的建立44-47
• 5.3.1 基本假设44-45
• 5.3.2 吸附器建模问题描述45
• 5.3.3 吸附器建模的简化45-46
• 5.3.4 主要材料参数46-47
• 5.3.5 ANSYS有限元模型47
• 5.4 网格划分情况47-48
• 5.5 载荷及约束条件48-49
• 5.6 计算结果49-51
• 5.7 应力强度评定51-54
• 5.7.1 应力分类51-52
• 5.7.2 强度评定52-54
• 5.8 强度评定路径54-56
• 5.9 强度评定结果56-57
• 5.10 吸附器疲劳分析57-58
• 5.11 疲劳寿命计算58-61
• 5.11.1 交变应力强度幅的确定58-59
• 5.11.2 设计疲劳曲线的应用59-60
• 5.11.3 计算结果60-61
• 5.12 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 附录I 吸附器强度评定数据68-76
• 附录Ⅱ 温度不超过 375℃的低碳、低合金钢的疲劳设计曲线76-78
• 致谢78

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