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高温管道—法兰连接结构的材料行为及管道健康监测研究

法兰 钢都市 447℃ 0评论

高温管道及法兰连接结构的可靠性是保障高温装备长周期安全运行的关键,在蠕变及蠕变—疲劳等复杂操作条件工况下,针对现有理论缺乏高温管道及其法兰连接系统安全设计和长周期在役监测等方面的不足,围绕高温管道与法兰连接结构在这些复杂条件下的材料力学行为和管道健康状态监测等方面展开研究。主要研究工作及结论如下:实验测试了500℃时工程上常用的高温螺栓材料25Cr2MoVA在应变控制的蠕变—疲劳载荷下的循环应力松弛行为,考察了不同应变幅和峰值保载时间对材料应力松弛行为的影响。

研究表明,保载阶段的蠕变变形和循环加载阶段的粘塑性变形共同加速了25Cr2MoVA的应力松弛速率,且应变幅小时材料的循环松弛速率增大。实验测试了500℃时高温管道及法兰材料15CrMo在应力控制的蠕变—疲劳载荷下的应变累积行为,研究了不同峰值保载时间对材料变形行为的影响。试验结果表明,15CrMo钢在高温循环载荷下具有明显的蠕变回复行为,且峰值保载时间越长,产生的蠕变应变回复量也越大。

不同峰值保载时间下15CrMo钢累积的棘轮应变的演化规律存在较大差异,提出了考虑蠕变回复的蠕变—棘轮本构方程,该模型可较好预测15CrMo钢在不同蠕变—疲劳载荷下的变形行为,为高温管道及法兰的棘轮变形预测提供了理论依据。构建了基于变形协调关系的高温螺栓管法兰连接结构的蠕变分析理论模型,采用工程上常用的柔性石墨金属波齿复合垫,获得了高温螺栓应力松弛、垫片力松弛和法兰转角的时间相关性,为高温管法兰的安全评估奠定了理论基础。

推导了蠕变—疲劳载荷下考虑非线性随动强化的高温薄壁管道的蠕变分析理论,并提出了相应的数值迭代算法,获得了高温薄壁管道在蠕变—疲劳载荷下较真实的应力和变形规律,为复杂条件下高温管道及法兰连接的设计和评估提供了理论依据。设计了一种高温管道的健康监测系统,主要包括软件和硬件两个部分。其中硬件基础包括分布式传感系统、网络布线、3G路由器、服务器、客户机等,系统软件基础包括在线监测系统软件、Compact RIO 和 Measurement & Automation等服务器端和基于Internet Explore的客户端。对中国石化湖北化肥厂过热蒸汽三通管道进行了为期1年的健康状态监测,验证了该监测系统的稳定性和可靠性,为长周期实时监测高温管道及法兰连接的健康运行状态提供了方法。

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