乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂评价与安全分析

摘要

扬子石化公司乙二醇生产过程中,多台乙二醇不锈钢蒸发器的封头与筒体环焊缝熔合线附近出现了大量的网状裂纹以及垂直于焊缝的纵向裂纹,经过现场金相覆膜和失效分析,确定该设备的开裂原因是由晶间应力腐蚀裂纹引起的.针对这种开裂现象,本文从以下几个方面进行了研究:1.基于乙二醇不锈钢蒸发器材料选择的考虑,使用1Cr18Ni9Ti、316L及SAF2205三种不锈钢材料进行晶间型应力腐蚀敏感性评估研究.在实验条件下,采用自行设计的加载试样,通过标准的Strauss晶间腐蚀评价试验方法,针对焊接热影响区,研究在受外加载荷条件下敏化状态和焊接状态对晶间腐蚀的影响,研究结果表明:这三种材料抗晶间应力腐蚀敏感性由1Cr18Ni9Ti-316L-SAF2205依次增强.敏化处理使得材料的抗晶间应力腐蚀性能减弱.2.依据乙二醇蒸发器所处的实际工况,模拟了三种不锈钢材料的焊接接头在敏化状态和焊态下,在含有微量氯离子的甲酸乙酸介质环境中的腐蚀现象,实验结果表明:三种不锈钢材料的晶间腐蚀开裂敏感性很低,仅出现了轻微应力腐蚀开裂迹象,并且伴随轻微的点蚀.敏化处理对这种试验环境下材料应力腐蚀开裂的影响不明显.3.针对乙二醇蒸发器封头和简体在组装过程中存在强制组对现象,本文采用有限元分析软件ABAQUS,针对封头和筒体强制组对前的错边量和强制组对后产生的装配应力之间的关系进行数值模拟,计算结果表明当封头和筒体的错边量值在6mm以内时,应力值在屈服极限以内.4.本文采用事故树分析方法,对乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂进行安全分析.分析结果表明,环境因素(Cl<'->、SO<,4><'2->)对应力腐蚀开裂的贡献最大,其次为应力状况,接着是焊接工艺条件以及漏检裂纹的影响.通过以上分析研究,要保证整个系统的安全可靠运行,防止乙二醇不锈钢蒸发器发生类似的腐蚀开裂,应该控制好乙二醇多效蒸发器的介质环境,尽量避免出现腐蚀性介质Cl<'->、SO<,4><'2->;在不锈钢蒸发器设计和制造过程中,选择耐晶间应力腐蚀的材料,降低装配应力以及焊接残余应力,控制好焊接工艺参数,减轻设备焊接热影响区敏化程度.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2不锈钢应力腐蚀开裂主要影响因素

1.2.1环境因素

1.2.2应力状态

1.2.3材料微观结构

1.3不锈钢的晶间应力腐蚀及其开裂机理

1.3.1不锈钢的晶间腐蚀

1.3.2不锈钢的晶间应力腐蚀

1.3.3不锈钢的晶间应力腐蚀开裂机理

1.4本文的研究背景与主要研究内容

1.4.1研究背景

1.4.2研究内容

参考文献

第二章不同材料的焊接试样晶间应力腐蚀试验研究

2.1引言

2.2不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法的原理及应用

2.2.1试验原理

2.2.2应用

2.3试样类型与试验内容

2.3.1试样类型

2.3.2试验内容

2.4三种材料晶间应力腐蚀的试验结果

2.5结果与讨论

2.6小结

参考文献

第三章甲酸乙酸环境下不锈钢焊接接头的应力腐蚀敏感性的试验研究

3.1引言

3.2试验目的与内容

3.2.1试验目的

3.2.2试验内容

3.3试验结果

3.3.1 1Cr18Ni9Ti沸腾状态下的实验

3.3.2 SAF2205沸腾状态下的实验

3.3.3 316L沸腾状态下的腐蚀实验

3.4三种材料抗晶间应力腐蚀性能的比较

3.5 讨论

参考文献

第四章封头与简体环焊缝错边引起的应力计算模拟研究

4.1引言

4.2本文数值模拟的方法

4.3装配应力的数值模拟

4.3.1 T532不锈钢蒸发器的工艺和材料参数

4.3.2有限元计算程序的选择

4.3.3有限元模型的建立

4.4计算结果及其分析

4.4.1模型应力分布与分析

4.4.2错边量与最大应力值之间的关系拟合曲线

4.5环焊缝错边容限的探讨

4.6总结

参考文献

第五章乙二醇不锈钢蒸发器腐蚀开裂安全分析

5.1引言

5.2安全分析方法简介

5.3事故树分析及其原理和方法

5.3.1事故树分析的原理和方法

5.4乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂的事故树分析

5.4.1事故树的主要因素分析

5.4.2事故树图的绘制

5.4.3结构重要度分析

5.5结论

参考文献

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

攻读学位期间发表的论文与参加的科研工作

致谢