2020年, 第37卷, 第3期　
刊出日期：2020-11-30

  

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试验研究
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  煤制天然气中氢对X80钢螺旋焊管力学性能的影响

  张一苇, 顾超华, 李炎华, 花争立, 洪元俭, 曾胜

  压力容器. 2020, 37(3): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.001

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  近年来，我国多项煤制天然气示范工程投入运行，X80钢螺旋焊管常用于天然气长输管道建设，其与煤制天然气的相容性直接影响了长输管道的服役寿命和安全可靠性。为研究煤制天然气对国产X80钢螺旋焊管的力学性能影响，分别从埋弧螺旋焊管的母材和螺旋焊缝处取样，在总压为12 MPa，氢气分数为0，1vol%，2.2vol%，5vol%的模拟环境中分别进行慢应变速率拉伸试验和疲劳裂纹扩展速率试验。试验结果表明：含氢量5vol%以下时，煤制天然气对国产X80管线钢强度性能影响很小，但对塑性性能有一定影响，对疲劳裂纹扩展性能影响很大，煤制天然气中氢对母材的疲劳裂纹扩展性能劣化影响比螺旋焊缝严重。
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  长管拖车气瓶用4130X钢的应变疲劳特性及寿命预测

  王淞, 赵建平

  压力容器. 2020, 37(3): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.002

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  研究了长管拖车钢制无缝气瓶用材料4130X在4种不同应变幅控制下的低周应变-疲劳特性，分别对其循环应力-应变关系、应力-应变迟滞回线及疲劳寿命预测等进行研究，着重分析4130X钢的疲劳循环软化行为，提出了考虑循环软化作用的疲劳寿命预测修正模型。
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  发夹式换热器管束流致振动数值模拟研究

  谭蔚, 张天保, 郭凯, 王一鹏

  压力容器. 2020, 37(3): 15-20,49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.003

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  运用计算流体力学方法，采用ANSYS CFX软件对发夹式换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟。流场计算中采用多孔介质模型对管束区域进行简化，分析了壳侧流场的速度分布，结果表明：直管段部分的流体湍流强度大于弯管段，且外层管束所在区域为高流速区，受流体冲刷严重。结合流场信息，通过功率谱生成随机激振力，采用ABAQUS软件模拟计算了湍流激振下管束的振动响应，结果显示管束的面外均方根位移远大于面内位移，且弯管部分的振动位移最大。该研究结果可为发夹式换热器的性能分析和优化设计提供参考和依据。
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  超高压爆破片设计爆破压力的理论计算与数值模拟的对比研究

  杨超, 惠虎, 黄淞

  压力容器. 2020, 37(3): 21-26,40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.004

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  爆破片超压泄放装置作为防止化工容器发生灾难性超压的最后一道安全屏障，有着举足轻重的作用。利用Levy-Mises增量理论和有力矩理论对超高压爆破片进行弹塑性理论计算，同时利用ANSYS有限元软件进行数值模拟，并将两者的计算结果进行对比分析，推导出超高压爆破片设计爆破压力的计算方法，为我国后续对超高压爆破片相关设计参数的研究提供理论依据。
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  带耐火衬里高温反应器密封锥结构的设计

  徐君臣

  压力容器. 2020, 37(3): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.005

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  耐火衬里及支撑结构设计的可靠性是保证高温反应器壳体温度小于设计温度的关键因素。针对耐火衬里结构失效导致反应器壳体温度超过设计温度的问题，提出了一种双金属焊接的密封锥结构。该结构具有支撑金属衬里的作用以及将耐火材料与金属衬里之间的膨胀空间分割成多个密闭空间以阻止高温气体的流动，进而提高隔热可靠性。采用ANSYS软件中APDL语言建立了密封锥连接结构的有限元模型，通过研究密封锥不同角度以及厚度对计算结果的影响，得出了密封锥的最佳结构参数，并满足ASME标准的应力强度评定要求。模拟结果可为此类高温反应器耐火衬里结构的设计提供参考依据。
安全分析
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  煤柴油加氢装置热高分系统腐蚀机理与失效分析

  张绍良, 全建勋, 金浩哲, 李强, 杨杰, 偶国富, 陈炜, 艾志斌

  压力容器. 2020, 37(3): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.006

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  以某石化企业煤柴油加氢装置换热器腐蚀失效为研究对象，采用PENG-ROB物性方法构建腐蚀失效预测模型，通过分析系统内铵盐结晶温度、腐蚀介质含量、液态水含量等分布规律，明确了该系统内主要是以NH₄Cl结晶沉积堵塞为主的失效模式。此外，研究结果表明，该系统内无NH₄HS结晶风险，管、壳程NH₄Cl结晶温度分别为164~170℃，161~171℃，温度段位置位于E104换热器尾端出口以后的低温区。由液态水含量可知，该温度下换热器无充足液态水溶解NH₄Cl，极易发生NH₄Cl堵塞、穿孔、泄漏等问题。结合对E104内部温度分布预测以及现场垢物化验，得知热高分系统内存在NH₄Cl结晶沉积问题，其位于管束出口端向内3.94 m区域，与模拟分析结果相吻合，验证了预测方法的准确性。该研究成果可为加氢反应流出物换热系统的抗腐蚀优化设计提供理论支撑。
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  生物质锅炉炉管开裂失效分析

  陈文飞, 陈虎, 王杜, 戴恩贤, 崔晨乙, 齐宝金

  压力容器. 2020, 37(3): 41-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.007

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  针对某燃烧生物质锅炉炉管长期服役开裂失效的情况，通过化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜、能谱分析及金相组织分析的测试方法，对开裂炉管进行取样，分析了开裂失效的原因。结果表明，烟气冲刷腐蚀是炉管减薄的主要原因；同时烟气和锅炉间歇工作导致露点腐蚀，使管壁集聚了大量Cl^-和S^2-，加剧了对炉管的腐蚀；炉管长期服役时的局部过热导致组织老化，造成部分区域力学性能下降，也是炉管失效的一个原因；最终导致炉管开裂的原因是炉管爆破失效。
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  高残余应力下2507双相不锈钢应力腐蚀开裂行为

  王军, 靳彤, 马一鸣, 王东, 郑启文

  压力容器. 2020, 37(3): 50-55,78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.008

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  应用宏观、无损、金相、α相测定、断口、能谱等试验方法，对高残余应力下2507双相不锈钢Cl^-应力腐蚀裂纹特征、路径、成因等进行分析。结果表明，双相不锈钢构件只有在特定的条件下（较低的应力水平、较低的温度、含有Cl^-的中性溶液中），其突出的抗Cl^-应力腐蚀开裂性能才能充分显现。上述条件有一个被突破，特别是高应力下（如厚件大面积堆焊所产生的大范围、高峰值残余应力），即使像2507这样的超级双相不锈钢，其抗应力腐蚀开裂的能力也将严重降低。该项工作对双相不锈钢的应用和结构制造具有一定参考价值。
检验与修复
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  长管拖车缠绕气瓶纤维层冲击损伤的数字射线检测

  黄良, 金明哲, 何琦, 王骞, 柴森

  压力容器. 2020, 37(3): 56-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.009

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  采用缠绕气瓶替代钢制无缝气瓶是长管拖车轻量化的重要手段之一，但对于缠绕气瓶缠绕层因冲击造成的内部损伤，目前仍缺少成熟有效的检测手段。采用数字射线检测方法，针对玻璃纤维缠绕层冲击损伤造成的分层和危害较大的纤维断裂进行了试验研究。试验表明，采用数字射线检测能够有效检测最小深度为0.5 mm模拟纤维环向断裂刻槽和0.25 mm的模拟纤维轴向断裂刻槽；此外，还通过试验验证增加补偿块的方式，能极大地改善缠绕层分层部位的一次切向透照成像质量，进而提高检测效率。
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  碳纤维复合材料修复带缺陷储气井的应力分析及试验研究

  王晓桥, 张永红, 徐拥军, 王鑫, 张烟生

  压力容器. 2020, 37(3): 65-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.010

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  针对天然气储气井井管外壁腐蚀现状，采用有限元计算方法，分析不同外壁腐蚀类型、不同腐蚀缺陷尺寸下储气井井管的应力分布、承载极限及疲劳性能；加工带缺陷储气井井管试件，选择碳纤维复合材料湿缠绕法补强修复；对修复后的井管试件进行有限元应力分析，并进行爆破试验和疲劳试验，以充分验证补强方法的有效性；储气井井管的理论分析和性能试验证明，碳纤维复合材料湿缠绕法补强可以有效地修复带外壁缺陷的储气井井管，有效、快捷地解决在役天然气储气井井管外壁腐蚀问题。
制造与安装
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  304H奥氏体不锈钢丙烷脱氢反应器的焊后热处理

  袁世东, 刘扣森

  压力容器. 2020, 37(3): 72-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2020.03.011

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  简要介绍了304H奥氏体不锈钢丙烷脱氢（PDH）反应器的焊后热处理工艺，针对反应器的设计结构以及材料本身的特性，通过热应力分析，制定了合理的炉内热处理工艺；参照WRC-452制定了合理的环缝局部热处理工艺；同时通过多点温度采集仪对温度的记录，有效减少了工件的温差，解决了304H整体容器高温焊后热处理的技术难题，为今后同类设备的制造提供可行性经验。