蒸汽发生器传热管是压水堆核电站一回路压力边界的薄弱环节，正常运行及事故条件下的系统运行参数，直接影响着传热管结构的完整性。为进一步对传热管的结构响应特性进行研究，建立两种主流排列方式的传热管局部模型，分别进行正常运行和典型事故参数下的流固耦合计算，并获得一、二次侧流体共同作用下的传热管关键部位的载荷变化规律。结果表明，顺排模型在正常运行和丧失给水事故下的最大等效应力分别为110 MPa和143 MPa，叉排模型分别为112 MPa和146 MPa。在相同的流动条件下，传热管叉排模型的应力和变形均大于顺排模型；传热管根部横截面的等效应力沿壁厚方向先减小再增大，中部横截面的等效应力沿壁厚方向呈现近似线性降低；在传热管根部区域，内、外壁面的等效应力沿轴向高度先迅速降低而后快速升高，并形成应力平台。研究结果可为蒸汽发生器的设计及运行提供参考。
美国机械工程师协会(ASME)压力容器与管道(PVP)会议是全球压力容器与管道领域的国际顶级会议,由美国机械工程师协会主办.主要介绍了2023 年在美国亚特兰大举行的ASME PVP会议的主要内容,包括主题和分议题;同时,还对比了2021～2023 年美国、中国、日本等主要国家在PVP会议上的论文收录和研究领域情况;分析了压力容器和管道领域的发展趋势和热点问题.最后,介绍了中国在本次会议上的获奖情况,并综述了近年来中国学生论文竞赛的情况.
在我国压力容器标准GB 150-2011《压力容器》和行业标准JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》(2005 年确认)中,锥壳大端或小端与圆柱壳相连接结构的设计方法只考虑了塑性垮塌和丧失安定两种失效模式,并认为通常情况下结构不会发生屈曲.但是当结构的壁厚很薄,并且受到很大的轴向拉力时,有必要讨论是否会发生屈曲.为此,基于弹塑性大变形有限元法,分析了内压和轴向拉力按不同比例加载时,锥壳和圆筒连接结构的屈曲承载力,并以此提出了内压和轴向拉力组合作用下锥壳的屈曲判别式.计算结果表明,依据原有设计规范进行设计的锥壳结构有至少2.4 倍的安全余量,所提出的屈曲判别式与数值试验结果吻合较好.
Ⅳ型储氢瓶塑料内胆具有轻量化优势,但塑料低模量特性和自由体积易因为高压而发生较大形变,导致密封圈预压缩量减小而出现高压氢泄漏.因此,探明瓶口塑料密封结构对高压密封性能的影响至关重要.基于管束集装箱用大容量Ⅳ型高压储氢瓶,构建了瓶口密封结构有限元分析模型,分析了两种典型内胆材料在温度、压力、结构变化下的内胆形变和应力状态.结果表明,高模量材料、较小的径向塑料密封面厚度均有利于减小塑料密封面形变,较大的环向槽内倒角有利于减小内胆局部应力和增加界面处的抗氢泄漏能力;密封圈应远离环向槽结构布置.该研究为塑料内胆的瓶口密封结构设计提供了可参考的设计思路、方法与建议.
X80 油气管道服役过程中的轴向应力(或应变)是导致管道失效的重要因素.轴向应力作用下,弱匹配环焊接头引入的过量塑性变形将导致焊缝处强度破坏或脆化失效.为了探究服役后的X80 高钢级管道及环焊缝的微小轴向塑性变形,研究尝试使用电子背散射衍射技术(EBSD)对管线钢进行残余塑性应变进行表征.结果表明:以X80 管线钢单轴拉伸和四点弯曲样品为试验对象,筛选并验证了X80 母材的核平均取向差(KAM)与微小应变呈线性正相关;利用EBSD分析沿壁厚方向的环焊缝细晶区KAM分布情况,发现靠近盖面焊和打底焊处的KAM与塑性应变有较好的对应关系;在对脆性失效环焊缝细晶区的分析中发现,沿壁厚方向的KAM显著高于同位置的未服役环焊缝,该结果证实了X80 环焊缝在脆性断裂前曾经历了一定量的塑性变形,有研究表明这种塑性变形的累积对环焊缝的韧性将造成不利影响.
蒸汽发生器传热管的局部微振磨损缺陷会导致其承压能力降低.研究了含不同微振磨损缺陷的Inconel 690 蒸汽发生器传热管的爆破压,采用数值模拟方法分析了微振磨损缺陷对传热管爆破压的影响规律,并进一步研究得到了含瓦片状缺陷及防振条磨损缺陷的传热管爆破压估算公式.研究表明,基于缺陷分类的爆破压预测结果更为精确,且所建立的降质传热管爆破压估算公式是合理且保守的.
为提高中厚板钛管道的焊接效率,采用K-TIG深熔焊对钛管道项目中两种典型厚度 10 mm和25 mm的工业纯钛进行焊接试验,对焊接接头的拉伸、弯曲、硬度性能指标进行了检测.试验结果表明,对厚度 14 mm不开坡口的工业纯钛,K-TIG深熔焊可以实现一次熔透,并获得质量稳定的焊接接头.K-TIG施焊使母材自熔形成焊缝,焊缝表面熔敷金属补充不足,需配合机械TIG进行焊缝的盖面以获得满足标准要求的焊缝成形,组合施焊的焊接接头具有较好的塑性及拉伸强度,并在钛管道制造上成功应用,取得很好的焊接效果,该研究对K-TIG深熔焊工艺在有色金属压力容器制造领域推广应用具有积极意义.
针对当前工程设计中均假设管板完全布管、对不完全布管的实际管板系统的设计计算缺乏研究的问题,采用数值分析方法对比分析了浮头式换热器不同布管情况、不同计算工况下,不完全布管对管板径向弯曲应力、换热管轴向应力以及管板周边偏转不均匀的影响.结果表明,不完全布管将恶化管板弯曲应力和换热管轴向应力,设计时尽量采取完全布管方式,如果基于当前标准中的完全布管的轴对称力学模型进行不完全布管计算,应适当留取安全裕量.
为解决煤制氢装置变换单元变换气洗氨塔内壁及塔盘存在严重腐蚀的问题,在对部分生产企业腐蚀调研和文献调研的基础上,探讨腐蚀机理及其影响因素,确认变换气洗氨塔腐蚀属于CO2 与H2S共同存在下的腐蚀,腐蚀的发生与H2S浓度、CO2 分压、pH等因素相关.在变换气洗氨塔操作条件下,变换气中的氨被洗涤水吸附后,CO2 破坏了不锈钢钝化层,形成腐蚀产物保护膜,低H2S含量可破坏腐蚀产物膜导致腐蚀加剧;随着H2S含量增加,生成的FeS和FeS1-x逐渐转化为FeS保护膜减缓腐蚀;当变换气中H2S含量大于临界值,在不锈钢表面形成完整的硫化物钝化膜,从而保护金属.工业实际应用表明,变换气中硫化氢浓度为不低于5 335 μg/g,相应体积浓度不低于0.35%时,变换气洗氨塔腐蚀轻微.在此基础上,对变换气洗氨塔提出了材质升级、H2S浓度调整等方面的防腐改进措施.
为了掌握液氢在储罐中密闭静置升压的特性,开展了理论和试验研究.使用一台容积为4.0 m3 液氢储罐,先后开展了液氮、液氢的蒸发率测试和升压试验;基于静态蒸发率测试值,根据饱和均质模型和俄罗斯模型分别计算了液氮、液氢的升压时长.与试验结果相比,根据饱和均质模型计算的液氮、液氢升压时长偏差较大,而根据俄罗斯模型计算的液氮、液氢升压时长偏差较小(分别为+7.5%和-5.4%).进一步地,基于俄罗斯模型,计算了从 0.10 MPaA 到1.0 MPaA的液氢升压曲线,结果表明升压时长和储罐压力呈明显的线性关系(R2 =0.999 6),这为今后开展更长周期的液氢储罐升压试验提供了基础.
某石化公司乙烯裂解炉汽包首次检验时发现汽包46 处接管焊缝存在 33 条裂纹.对汽包接管裂纹处进行宏观检查、硬度检测、材质分析、金相检测后,分析接管裂纹产生的原因主要存在于两个方面:一是汽包在制造过程中存在夹渣、气孔、未熔合等缺陷;二是焊后热处理未能达到理想的效果,焊缝硬度普遍偏高.查询汽包历史运行记录,汽包在投入运行后历次升降压速率均在允许升降压速率范围内.日常运行参数符合设计要求,运行平稳,不存在汽包异常运行产生的影响.通过对裂解炉汽包接管裂纹产生原因分析及裂纹处理方法的总结,提出裂解炉汽包在设计、制造及使用时应注意的事项.同时说明在汽包采购时需对制造厂家提出的技术关键点,从而使裂解炉汽包在投入使用后能安全运行,减少事故隐患的发生.
为了解决核电异种钢接管类焊接接头由于结构尺寸限制而无法正常从接管外壁进行焊接的技术难题以及提高该结构焊缝质量及焊接效率,在基于多年核电一回路核主设备焊接制造工艺的基础上,进行了材料、焊接设备、坡口形状尺寸、焊接位置等的合理选择并开展相关工艺试验及焊接工艺评定、产品模拟件焊接验证等工作.最终实现了从管内壁进行镍基焊缝全位置对接焊,并且按照NB/T 20002.3-2013《核电厂核岛机械设备无损检测》标准及技术条件进行了相关焊接工艺评定试验,结果均满足指标要求.该技术在产品制造中进行了成功应用,将焊接制造周期缩短为横焊位焊接周期的 1/n(n为焊缝数量),焊缝一次性无损探伤合格率达96.9%,实现了提质增效的目的.
针对压力容器换热设备逐渐大型化,为更好地提高设备传热效率,优化螺旋折流板管束结构,采用六片式螺旋流板代替四片式螺旋折流板.介绍了折流板下料半径、弦长、夹角和定距管的计算方法,既要减少中心三角区漏流,又要保证管束便于支装,经多次试验,总结了折流板切槽定位的计算方法和六片式螺旋折流板的加工工艺及管束组装工艺流程,实现了数字化加工代替传统制造工艺,为国内石油化工行业装置大型化提供了一种新型高效节能换热设备.
压水堆核电厂稳压器波动管(以下简称"波动管")存在冷热流体分层的现象,影响核电厂的安全运行.针对波动管热分层运行工况存在不确定性的问题,鲜有基于核电厂真实监测数据的分析研究;对于存在热分层的实际运行瞬态,尚缺乏有效的基于设计瞬态参数的包络方法;同时,对于疲劳损伤较为显著的情况,当前基于疲劳裂纹萌生准则的评定方法存在难以满足长寿期安全运行需求的问题.针对上述技术现状,通过调研国内外学者在波动管热分层研究方面的工作,对有限元数值仿真中的网格划分、材料性能设定、边界条件选择、热分层流动仿真和结构应力响应分析技术等内容进行了探讨.同时,对国内某大型压水堆核电厂真实的运行监测数据进行了分析,梳理了基于设计瞬态信息的疲劳损伤包络分析准则和采用疲劳裂纹扩展的损伤容限分析方法.
针对密相/超临界CO2 管道止裂韧性预测是研究的热点和难点,且已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO2 管道的止裂韧性等问题,对现有模型进行对比分析.介绍了目前常用的BTC修正、DNV F104-2021 以及ISO 27913-2016 方法,同时采用此3 种方法分别计算了外径323.9 mm 密相/超临界CO2 管道止裂韧性,并对比分析计算结果.结果表明,现有的模型和计算方法都存在着数据不足、精准度较低的缺点,目前无法推荐特定的分析模型来评估密相/超临界CO2 管道中的延性裂纹扩展.DNV F104 方法基于现有全部CO2 管道全尺寸爆破试验数据,其计算结果相对较为保守,对后续开展全尺寸试验的指导性更强.研究结果可为小口径密相/超临界CO2 管道的全尺寸爆破试验设计提供理论依据.
在进行LNG储罐用钢06Ni9DR焊接工艺评定试验时,会出现弯曲试件开裂的现象,为了查找弯曲试样失效原因,保障LNG储罐焊接质量,采用不同热输入工艺对 06Ni9DR钢板进行手工焊条电弧焊接,对焊接接头开展了拉伸试验、弯曲试验、-196℃低温冲击等试验.通过金相显微镜和扫描电镜对焊缝、热影响区,以及弯曲失效断口进行观察和分析,结果表明,采用ENiCrMo-6 焊条焊接的焊缝组织中均散布较多大小不一的夹渣,热输入控制在12.5～26.5 kJ/cm范围内对焊接接头的力学性能、塑性以及低温冲击性能影响不明显;但采用较小热输入焊接时,更易产生夹渣、咬边缺陷,较大夹渣和轻微咬边缺陷是导致弯曲试件失效的主要原因.
对承受一次应力和二次应力载荷共同作用下的含裂纹结构进行断裂力学分析时,需要考虑材料塑性及一次应力与二次应力的相互作用对裂纹驱动力计算的影响.对常用的RSE-M和R6 中提供的分析方法进行对比研究表明,二者的分析思路相同,本质上都是基于参考应力法分析;对一次应力引起裂纹驱动力的修正方法和结果基本相同;对二次应力引起裂纹驱动力的修正存在明显差异:RSE-M采用的方法中二次应力大小起主导作用而与一次应力弱相关,R6 采用的方法中一次应力起主导作用与二次应力的大小弱相关,RSE-M适用于没有或者少量弹性随动的情况,R6 对出现一定程度范围的弹性随动现象均适用,适用范围更大,同时得到的修正系数更保守.
为研究Q390R钢在压力容器制造过程中的工艺适应性以及为工业性应用性提供基础试验数据,对Q390R钢进行了焊接性试验研究.通过采用焊条电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)两种焊接方法对Q390R钢进行焊接工艺试验,在焊态及模拟630℃×2h热处理态下进行各项性能检测,抗拉强度在541～585 MPa之间,焊接时热输入有波动,焊缝区的韧性略有影响.结果表明,采用合理的规范参数焊接Q390R钢是可行的,焊前采取适当的预热可降低Q390R冷裂纹倾向,Q390R钢焊接接头各项力学性能、低温冲击韧性及金相组织等均能满足工程技术条件要求.
为解决高真空多层绝热超低温容器漏热的设计难点,通过对高真空多层绝热超低温容器支撑结构、容器接管、残余气体传热、辐射传热进行漏热分析,介绍了理论计算和数值模拟计算过程,同时提出了以机械构件和多层绝热结构优化为主的降低漏热的措施,最后将超低温容器蒸发率转化为允许漏热量,并以此作为性能考核指标,建立高真空多层绝热超低温容器漏热设计流程图,分析结果可为工程中的漏热设计提供参考.
研究了含Nb微合金化Q345 厚钢板的组织结构、强度和低温冲击韧性.结果表明,Nb微合金元素的加入配合轧后加速冷却,提高了钢的淬透性,细化了晶粒,改变了钢的组织状态,在强度显著提高的同时保持了良好的低温冲击韧性.由于表面和心部冷却条件的差异性,表面形成了板条贝氏体为主的中温组织;心部形成了铁素体+索氏体的高温组织.从钢板表面到心部,强度呈下降趋势;低温冲击韧性呈上升趋势.
