高温炉管的状态分析和剩余寿命评估
作者单位：大连海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：丁晓非;张爽
授予年度：2024年
学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理]
摘 要：随着石油化工等领域的蓬勃发展,高温炉管在制氢和乙烯裂解装置中发挥着不可或缺的作用。然而,由于高温炉管所处的服役环境极为恶劣,长时间运行后不可避免地会出现蠕变、腐蚀、渗碳等损伤,从而导致其性能下降,甚至发生失效。这种失效不仅给企业带来重大的经济损失,还可能引发严重的安全事故。因此,对高温炉管的状态进行分析与剩余寿命预测,确保其安全运行,显得尤为关键。 本文基于校企合作项目,对企业提供的运行了78000h的高温炉管进行了全面的状态分析与剩余寿命评估。研究结果显示,尽管该炉管的显微组织有一定程度的劣化,但并未发现明显的蠕胀现象、焊接缺陷及严重的氧化腐蚀。在力学性能中,该炉管的塑性指标和高温持久性能有所下降,但仍接近Larson-Miller曲线(下文称L-M曲线)的下限,表明该炉管仍处于有效的服役期内。通过L-M曲线拟合,预测该炉管还有约55000h的剩余寿命。 由于上述传统的状态分析和剩余寿命评估方法耗时且成本高,为企业探索了一种更为快捷、简易的剩余寿命评估方法。本试验参考了日本久保田的L-M曲线,针对企业提供的两根不同成分的新炉管,设计了一系列的温度和应力条件,进行了大量的持久性能试验,并对试验中断裂的试样端口部分进行了硬度测试。通过对比硬度变化与持久性能变化之间的关系,发现二者之间存在相关性,其变化趋势一致。进一步地,通过归一化处理硬度与持久性能的拟合曲线,通过对比发现两条曲线近乎平行,这表明硬度可以作为一个有效的指标来预测炉管的剩余寿命。 在此研究基础上,本文建立了基于硬度测量的剩余寿命模型,并对其进行了验证。验证结果表明,持久性能相似的高温炉管同样适合该剩余寿命模型,该模型具有一定的普适性。企业可以利用该模型,通过测量不同服役时间的炉管硬度来预测其持久强度,从而进一步地预测其剩余寿命。 基于硬度测量的剩余寿命评估模型为企业提供了一个快速、高效的剩余寿命评估方法,该方法可以帮助企业及时了解高温炉管的状态和剩余寿命,为企业的安全运行起到重要的预警作用,对高效快捷地评估高温炉管状态和剩余寿命具有重要的理论意义和实际应用价值。
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