热壁加氢反应器的安全性能分析与评定

摘要

加氢反应器属于石油炼制过程中的关键设备，也是危险设备，因此，如何保证反应器的安全运行，一直是专业人员关注、研究探讨的重要课题。本文对天津石炼油厂由日本进口的加氢反应器装置进行了制造质量检验和有限元应力分析，针对检验中发现的接管与筒体连接的焊缝中存在根部未焊透缺陷，应用BS7910标准和国标“在用含缺陷压力容器安全评定”对焊缝中的焊接缺陷进行了安全评定。 通过对加氢反应器进行了内外表面检测、壁厚测量、无损探伤、金相检查和硬度测量、化学成分分析等检验，结果表明在对接管与简体间的角接头进行100％超声波探伤中，总共6个接管角接头中有4个接管角接头焊缝根部发现存在未焊透，最大深度为3mm(位于J6接管上)，其长度为接管整圈，其余各项检验结果基本合格。 应用有限元方法计算了三种容器接管类型、各两种计算工况下接管高应力区内的应力集中系数，为安全评定提供参考依据。并采用ANSYS程序对该接管角焊缝附近无缺陷时的应力进行有限元分析。结果表明，最大应力出现在沿简体轴向的剖面上的内拐角处，并与筒体的环向基本平行，设计压力下其值为318.5MPa，约为筒体远处环向平均应力的3.22倍。水压试验压力下接管角接头焊缝根部平行于接管轴向的应力为52.7MPa，此应力将作为缺陷评定时缺陷部位无缺陷时的应力。 对上述含缺陷容器进行了安全分析，断裂力学评定结果表明，裂纹长度小于临界裂纹长度，因而缺陷允许存在不会威胁反应器的安全运行。同时对疲劳裂纹扩展寿命进行了估算，计算了其剩余寿命，分析表明，尽管加氢反应器存在裂纹，工程角度存在安全隐患，但从理论上还可以安全使用8年多，研究结果可为指导安全生产提供可行的科学参考。

目录

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第一章绪论

1.1加氢反应器的发展

1.2热壁加氢反应器常见缺陷

1.2.1缺陷的部位及形式

1.2.2缺陷种类

1.3安全评估与寿命预测技术进展

1.4本文的研究目的和内容

第二章 安全评估方法简介

2.1 GB／T 19624-2004在用含缺陷压力容器安全评定标准简介

2.1.1断裂与塑性失效评定

2.1.2疲劳失效评定

2.2 BS7910简介

2.2.1 BS7910的一级评定

2.2.2 BS7910的二级评定

2.2.3 BS7910的三级评定

第三章 加氢反应器的检验

3.1加氢反应器结构与参数

3.2加氢反应器的检验设计

3.2.1内外表面检查

3.2.2壁厚测定

3.2.3无损检测

3.2.4硬度测定

3.2.5金相检查

3.2.6化学成分分析

3.3加氢反应器的检验结果

3.3.1内外表面检查结果

3.3.2壁厚测量结果

3.3.3无损检测结果

3.3,4硬度测定结果

3.3.5金相检查结果

3.3.6化学成分分析结果

3.3.7评级结果

3.4本章小结

第四章 加氢反应器的应力计算

4.1有限元计算模型的建立

4.1.1计算模型的简化

4.1.2计算模型的建立

4.1.3边界条件

4.1.4载荷条件

4.2应力计算结果

4.2.1应力分布

4.2.2应力集中系数

4.3本章小结

第五章 加氢反应器的缺陷评定

5.1脆性断裂评定

5.1.1应力计算

5.1.2确定当量裂纹尺寸-a

5.1.3总应变e的确定

5.1.4求最大允许当量裂纹尺寸-am

5.1.5脆断评定结果

5.2塑性失稳评定

5.3水压试验

5.4疲劳评定

5.4.1交变应力

5.4.2一个检验周期裂纹扩展量的计算

5.4.3疲劳裂纹扩展速率

5.4.4疲劳裂纹扩展寿命估算

5.5本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢