2.25Cr-1Mo-0.25V板焊式圆柱壳温卷成形残余影响和极限载荷研究

摘要

2.25Cr-1Mo-0.25V钢（加钒钢）制板焊式加氢反应器具有制造周期短、成本低等优点，广泛应用于石油炼化和煤制清洁能源行业中。目前，板焊式加氢反应器圆柱壳的温卷成形残余影响与其服役性能的关联规律尚不清楚，制约了加氢反应器轻量化设计制造理论的发展。本文采用试验测量、有限元仿真和塑性极限分析等技术手段，针对加钒钢制圆柱壳温卷成形残余影响的数值预测以及温卷成形对圆柱壳极限载荷的影响规律等问题，开展了以下工作： （1）开展了含温卷成形残余影响加钒钢的高温力学性能试验和高温氢环境慢应变率拉伸（SSRT）试验。揭示了加钒钢制板焊式圆柱壳厚度方向上的高温力学性能和显微组织分布情况，分析了含温卷成形残余影响加钒钢在高温氢环境下的力学性能变化，讨论了温卷成形对圆柱壳服役性能的影响以及温卷成形残余影响的产生机理。 （2）建立了温卷成形后加钒钢制圆柱壳材料强度的预测模型。采用高温拉伸试验+人工神经网络技术（ANN）实现了含650℃塑性预应变（0~9%）、服役温度450℃~510℃范围内加钒钢高温强度的回归预测；采用有限元方法对加钒钢板650℃温卷成形过程进行了仿真，获得了成形后圆柱壳塑性应变分布；结合神经网络和有限元模拟结果建立了温卷成形后圆柱壳材料强度的预测模型。 （3）提出了可考虑材料强度不均匀的随动强化结构安定性分析方法，编写了数值计算程序。利用一种新的背应力构造算法，克服了现有方法无法同时考虑材料随动强化和材料强度任意不均匀的缺点。针对加钒钢制板焊式圆柱壳这一具体对象，应用所提出的安定性分析方法建立了一套完整的预测含温卷成形残余影响圆柱壳极限载荷的数值工具，并给出了具体操作步骤。 （4）研究了温卷成形残余影响与加钒钢制圆柱壳极限载荷之间的定量关系。采用所提出的圆柱壳极限载荷预测方法，计算了内半径ri=1200mm~2000mm、壁厚t=120mm~180mm的板焊式圆柱壳在450℃~510℃服役温度下的极限载荷，分析了温卷成形残余影响导致的极限载荷降低与圆柱壳几何尺寸以及服役温度之间的关系，讨论了温卷成形残余影响对应力分析设计获得的加氢反应器圆柱壳安全性的影响。

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