SS主蒸汽管線的損傷分析及高溫失效評定.pdf

1、本文主要針對揚子石化烯烴廠服役了10萬小時的SS主蒸汽管線進行研究，通過對管道材料STPA23的微觀組織檢查、高溫短時拉伸和蠕變試驗，分析管道材料損傷累積程度和力學(xué)性能退化情況；并采用有限元軟件ABAQUS對SS管線進行熱應(yīng)力和蠕變分析，獲得該管線服役過程的應(yīng)力分布。在編制管單元損傷有限元分析子程序的基礎(chǔ)上，對SS管線進行損傷分析，找出了損傷最嚴(yán)重的部位；最后通過建立管道材料服役10萬小時和20萬小時的高溫失效評定線，對含缺陷的管道進行

2、了高溫結(jié)構(gòu)完整性評定。 本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1) 通過微觀組織檢查，研究了管道材料微觀組織在長期服役之后損傷的累積程度。結(jié)果表明長期服役后管道材料的微觀組織基本正常，為鐵素體和珠光體組織，晶間和晶界上有彌散的碳化物析出，珠光體球化情況并不嚴(yán)重，介于輕度和中度之間。管道外壁微觀組織的劣化程度略比內(nèi)壁組織嚴(yán)重些，但差別不大，符合高溫主蒸汽管線損傷規(guī)律。 (2) 管道材料高溫短時拉伸試驗結(jié)果表明，服役1

3、0萬小時的STPA23鋼的力學(xué)性能有所下降，但仍具有較高的強度，尚有富裕的承載能力。服役20萬小時的材料其力學(xué)性能會進一步下降，表明隨著服役時間增長材料內(nèi)部損傷會不斷累積，導(dǎo)致材料力學(xué)性能不斷退化。 (3) 通過高溫蠕變試驗得到材料在服役溫度下的的蠕變曲線，得到了服役溫度下蠕變和斷裂的材料參數(shù)。采用有限元分析軟件ABAQUS，對SS主蒸汽管線進行了熱應(yīng)力和蠕變分析，結(jié)果表明該管線在升溫階段和長期服役過程中，應(yīng)力集中均發(fā)生在支吊架

4、、彎管和異徑管處，因此在實際操作中應(yīng)對這些部位重點監(jiān)控。管線變形主要是由于熱膨脹和支吊架載荷引起，服役中應(yīng)定期對支吊架進行檢查，并防止超溫運行。管線的蠕變應(yīng)變也在規(guī)定范圍之內(nèi)，設(shè)計壽命期間不會發(fā)生蠕變失效。 (4) 通過編制計算管單元蠕變損傷的子程序UMAT，實現(xiàn)蠕變損傷本構(gòu)方程與ABAQUS軟件的耦合，并通過一個簡單算例對子程序的正確性進行了驗證。在此基礎(chǔ)上，進一步對SS主蒸汽管線的蠕變損傷進行分析，找出了損傷最嚴(yán)重的部位，所