在役含缺陷T530零效蒸发器的失效分析及安全性评定

摘要

T530零效蒸发器是乙二醇生产的重要装置，需要定期对其进行停工检修。在以往的检测中发现，容器下封头与筒体连接的环焊缝热影响区附近经常产生大量的垂直于焊缝方向的表面平行裂纹，曾引起泄漏。发现裂纹后，立即进行修复，严重时甚至造成容器报废，影响了正常生产。为了保证正常工作，减少不必要的返修并避免报废，有必要对裂纹性质、结构受力状态及裂纹的排列方式对容器破坏的影响进行研究，并在此基础上对容器进行安全性评定。
　　T530零效蒸发器操作压力为1.317MPa，操作温度达198℃，工作介质中含有甲酸、乙酸、OH—、Cl—等具有一定的腐蚀性的物质。分别应用金相观察、扫描电镜观察及能谱分析方法分析了裂纹、断口及断口表面的腐蚀产物。最后，确定容器的破坏性质是应力腐蚀开裂。其产生的原因是由于工作介质中含有的腐蚀性物质在运行温度下造成特定区域材料的晶间腐蚀，然后在工作应力及焊接残余应力的共同作用下裂纹向深度方向扩展。
　　本文采用有限元分析的方法确定了容器的工作应力及焊接残余应力的分布。根据容器裂纹分布及应力分布，基于断裂力学原理，确定了结构的危险位置在下封头与筒体连接处。考虑应力腐蚀对安全评定的影响，根据工程常用方法估算结构在使用环境下的应力腐蚀门槛值，然后依据评定程序对容器的危险位置进行了安全评定。评定结果表明，容器存在超过极限尺寸的裂纹，需要进行修补。
　　对在役含缺陷压力容器的安全评定，要求评定人员具备大量的专业知识，同时评定工作复杂计算量大。为克服以上问题，以Visual Basic6.0为平台，开发了简洁、有效，人机界面友好的“在役含缺陷压力容器的安全评定系统”。利用此评定系统对 T530塔等结构进行安全评定，结果表明该定系统可以实现准确、快速地对容器进行安全评定。

目录

在役含缺陷T530零效蒸发器的失效分析及安全性评定

FAILURE ANALYSIS AND SAFETY ASSESSMENT ON IN-SERVICE T530 ZERO-ORDER EVAPORATOR WITH DEFECTS

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 压力容器失效机制

1.2.1 压力容器的塑性失效

1.2.2 压力容器的低应力脆性断裂

1.2.3 压力容器的疲劳断裂

1.2.4 压力容器的应力腐蚀破坏

1.2.5 压力容器的高温蠕变破坏

1.3 国内外关于焊接结构安全评定技术的研究现状

1.3.1 “合于使用”原则及其发展

1.3.2 英国含缺陷结构完整性评定标准R6

1.3.3 欧洲工业结构完整性评定方法SINTAP

1.3.4 BS7910:1999金属结构中缺陷验收评定方法导则

1.3.5 美国石油学会API579

1.3.6 GB/T19624简介

1.4 本文主要研究内容

第2章 断裂性质的研究

2.1 T530零效蒸发器失效现象

2.2 裂纹性质研究

2.2.1 裂纹宏观形貌观察

2.2.2 金相分析

2.2.3 断口形貌观察与腐蚀介质能谱分析

2.2.4 裂纹性质分析

2.3 本章小结

第3章 结构的应力有限元分析

3.1 T530零效蒸发器结构尺寸及材料参数的确定

3.1.1 T530零效蒸发器结构尺寸及工作参数

3.1.2 材料性能参数

3.2 有限元模型的建立

3.3 结构受力状态分析

3.3.1 筒体工作应力分析

3.3.2 焊接残余应力分析

3.4 缺陷位置处应力线性化处理

3.4.1 安全评定的应力分类规则

3.4.2 应力线性化处理

3.5 本章小结

第4章 T530零效蒸发器的安全评定

4.1 平行裂纹复合原则的确定

4.2 安全评定

4.2.1 考虑应力腐蚀对安全评定的影响

4.2.2 应力腐蚀门槛值的估算

4.3 最大容许裂纹尺寸的计算

4.3.1 等效裂纹尺寸的计算

4.3.2 总当量应力的计算

4.3.3 鼓胀效应系数的计算

4.3.4 结构最大容许裂纹尺寸的计算

4.4 本章小结

第5章 评估方法的软件实现

5.1 Visual Basic 6.0 简介

5.2 评定系统的开发

5.2.1 安全评定系统开发目标

5.2.2 压力容器安全评定系统开发步骤

5.2.3 系统功能结构

5.3 系统各功能模块的设计

5.4 评定系统展示

5.4.1 界面设计思想

5.4.2 各模块功能简介

5.4.3 评估系统的应用

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢