2023年, 第40卷, 第3期　
刊出日期：2023-03-30

  

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试验研究
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  接管焊缝超声相控阵多模全聚焦检测技术

  卜阳光, 程经纬, 陈炜, 李开亚

  压力容器. 2023, 40(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.001

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  接管角焊缝是承压设备的关键部位,也是易于出现危害性缺陷的薄弱环节,因此,针对该薄弱区域的定期检测非常重要。相对于传统超声无损检测,超声相控阵全聚焦对焊缝内部缺陷的定位和定量具有优势。提出了一种针对焊缝内部缺陷的超声相控阵全聚焦方法,将多模成像方法应用于小口径接管焊缝的缺陷检测,实现对焊缝内部缺陷的有效检出。同时,根据检测对象的实际尺寸,通过智能算法计算声束入射参数,选择最佳成像区域,获得了一种有效区域多模融合成像方法。试验结果表明,本方法可检出直径为0.53 mm的角焊缝内部气孔缺陷,相对于单视图成像和普通超声能够有效提高缺陷定量和定位的准确性。
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  人字形角对导孔型板壳式换热器壳程流体流动与传热特性的影响

  王珂, 孙光毅, 安博, 代雪颖, 刘遵超

  压力容器. 2023, 40(3): 7-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.002

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  以导孔型板壳式换热器为研究对象,通过数值模拟探究了双人字形板波纹角度的变化对壳程流体流动、传热性能的影响,采用粒子图像测速(PIV)对壳程流场分布和流速进行了试验验证。结果表明:PIV试验与数值模拟得到壳侧速度矢量分布一致,轴向速度的平均误差为2.93%,最大相对误差为13.24%。与矩形板式换热器不同的是,导孔型板壳式换热器的换热能力和压降损失随着角度的增大而提升,在β=60°达到临界点,随后随着β的增大换热能力有所削弱。壁面平均涡强Se与换热效率Nu存在对应关系,Nu随着Se的增大而增大,拟合的关联式误差在±9%以内。此外,在研究范围内,不同β下的综合性能随着质量流量m的增加而减小,β=30°时综合性能最好,该研究结果可为工业设计选择提供参考。
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  基于SH波的埋地管道泄漏监测方法

  曹伟烨, 杨冬旭, 李祥, 贾九红

  压力容器. 2023, 40(3): 16-20,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.003

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  埋地管道在服役过程中受到工作载荷波动、周围环境变化等复杂因素的影响,易发生泄漏等事故,建立一种泄漏定量在线监测技术是提升埋地管道运行安全性的有效手段。为此探索了黏性媒质对矩形横截面杆中SH波传播的影响规律,研究了SH波衰减与粘滞系数和波导杆结构的相互影响规律。研究发现粘滞系数和波导杆表面积分别与SH波衰减呈现单调对应关系,推导了波导杆中的SH波衰减粘滞阻尼方程,设计了一种基于SH波衰减的埋地管道泄漏在线监测湿度传感器,建立了基于SH波的埋地管道泄漏监测方法。搭建试验台,开展SH波湿度传感器监测埋地管道泄漏可行性试验。试验发现,当湿度传感器选定并且埋入深度固定时,SH波衰减公式可以定量地表征土壤的湿度,根据SH波衰减公式测量土壤湿度相对误差不大于8%,即基于湿度传感器建立的埋地管道泄漏监测方法能定量地判断管道泄漏情况。
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  12MnNiVR钢板大热输入焊接接头组织与性能

  范益, 李伟, 王锟艺, 王晓斌, 邹家生, 刘坤, 严铿

  压力容器. 2023, 40(3): 21-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.004

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  采用12MnNiVR钢建造的10万m³及以上原油储罐的纵缝焊接多采用气电立焊,大热输入对接头组织和性能有重要影响。对采用大热输入气电立焊的12MnNiVR钢板进行焊接试验,分析了焊接接头的微观组织和力学性能,重点研究了焊接接头的冲击韧性。研究结果表明:在大热输入焊接下,焊缝组织为大量针状铁素体,粗晶区为侧板条铁素体,粗晶区和细晶区之间有明显的过渡区域,细晶区为细小铁素体与珠光体,不完全重结晶区为粗大块状铁素体和珠光体。热影响区显微硬度由熔合线侧到母材侧表现出先增大、后减小、再增大的规律,最小值为177HV10。拉伸和弯曲性能优良;焊接接头在-20℃下的冲击吸收能量均大于80 J;由于熔合线处的侧板条铁素体晶粒粗大,熔合线冲击吸收能量较低为84 J,断口形貌为准解理形貌特征。
设计计算
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  70 MPa碳纤维缠绕储氢气瓶结构设计与力学性能研究

  张杰, 蒋文杰, 杨锐, 张瀚, 曾云

  压力容器. 2023, 40(3): 28-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.005

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  设计了70 MPa Ⅲ型与Ⅳ型储氢气瓶结构,建立了相应数值仿真模型研究各种工况载荷下储氢气瓶的力学性能,对比了Ⅲ型和Ⅳ型气瓶力学性能特性差异,探究了缠绕层厚度和自紧处理对储氢气瓶力学性能的影响。结果表明:所设计的70 MPa储氢气瓶纤维应力比大于2.25,满足标准要求;Ⅳ型气瓶螺旋缠绕层应力分布规律与Ⅲ型类似,而内衬应力分布规律不同;Ⅲ型储氢气瓶的环绕层厚度增加可降低其环向层应力,但螺旋缠绕层主应力增大;增加螺旋缠绕层厚度可降低环向层、螺旋层应力;自紧处理可降低工作压力下气瓶内衬应力,但随自紧载荷增加纤维缠绕层应力增大。
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  基于正交试验的波纹管结构参数优化及疲劳寿命分析

  宓乐峰, 孙丹, 王旭, 李天祥

  压力容器. 2023, 40(3): 38-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.006

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  波纹管广泛应用在化工管道连接处,其疲劳寿命作为重要的性能指标。在对疲劳寿命预测过程中,出现研发周期长、经费高等问题。以3层U形金属波纹管为研究对象,建立有限元模型,运用Ansys软件考虑流固耦合作用来研究金属波纹管疲劳失效问题。根据理论公式计算理论疲劳寿命,对比有限元计算的疲劳寿命,误差为4.66%,证实利用有限元计算波纹管疲劳寿命的可靠性;分析U形波纹管不同的结构参数对疲劳寿命的影响;通过采用正交试验优化波纹管参数,得到优化方案并开展试验进行验证。结果表明,对3层U形波纹管结构参数进行设计优化的方法是切实可行的。
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  基于权函数法的管道环向外表面三维裂纹应力强度因子计算

  况正, 唐毅, 陈银强

  压力容器. 2023, 40(3): 47-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.007

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  利用通用三维权函数形式,结合有限元计算,得到了径厚比t/R_i=1/20,1/10,1/5的直管环向外表面半椭圆裂纹最深点和表面点的权函数。通过对比高阶载荷下权函数与有限元方法应力强度因子影响系数计算结果,验证权函数的有效性。对于裂纹最深点,权函数与有限元结果误差最大值为1.3%。基于得到的权函数,计算受内压直管外表面半椭圆裂纹的应力强度因子,并与RSE-M标准规范计算结果对比,最深点和表面点的计算误差最大值分别为8.33%和11.86%,说明利用权函数方法可以较好地预测直管环向外表面裂纹的应力强度因子。
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  基于自主开发求解器的蒸汽发生器二次侧流场分析

  姚彦贵, 郑明光, 张星亮, 蒋兴, 陈俨, 张伟, 唐力晨

  压力容器. 2023, 40(3): 56-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.008

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  针对蒸汽发生器二次侧复杂流动传热现象,基于iconCFD开发了新的物理模型和求解器,采用多孔介质模型完成了对蒸汽发生器二次侧的流动和换热现象的数值模拟分析。计算模型中通过映射的方法实现了不同区域之间的数据的相互交换和更新,计算结果与ATHOS软件计算的结果相比对,通过比较一次侧出口温度、二次侧出口水蒸气质量流量和二次侧进口和出口处压力,此3项与ATHOS软件计算结果误差均小于1%,验证了新求解器的有效性和可靠性。
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  腐蚀管道极限弯矩的简便工程计算方法

  李思源, 李逸轩, 李祚成

  压力容器. 2023, 40(3): 63-68,86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.009

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  针对腐蚀管道极限弯矩的工程计算问题,采用完好管道的极限弯矩和等深减薄管道的极限弯矩,应用腐蚀缺陷面积和等深减薄面积的比值,建立了腐蚀管道极限弯矩的估算公式。经分析计算和比较,提出了腐蚀管道极限弯矩的简便计算公式和方法,采用该方法计算18种工况的极限弯矩,其计算值和数值解的误差在-1.3%～1.05%。因此,简便工程计算方法能够较准确地计算对称腐蚀管道的极限弯矩,具有重要的工程意义。
检验与维护
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  X80钢级B型套筒修复对油气管道材料性能和承载能力的影响分析

  周顺荣, 李猛, 王克克, 汪珍, 晏和帅, 杨利岗

  压力容器. 2023, 40(3): 69-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.010

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  结合X80钢级B型套筒的应用工况在不同条件下提取试样进行试验分析,发现在不同的焊接速度下,焊缝层高和热影响区深度随着焊接速度的提高呈下降趋势,焊缝的塑性随着焊接速度的提高整体呈现下降趋势,使用CHE507GX型号焊材以9 cm/min的速度完成的焊缝在抵抗塑性变形能力上具有一定优势;当管材加热温度大于450℃后材料的屈服强度和抗拉强度低于标准要求的555 MPa和625 MPa,且温度在大于700℃后材料强度显著降低,承载能力大幅下降。结合X80钢级B型套筒在用于油气管道缺陷修复时对管道材料性能和承载能力的影响分析,可为B型套筒焊接工艺规程的制定和B型套筒的实际应用提供相应的理论支持。
制造与安装
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  聚烯烃串管反应器制造组装技术

  陈孙艺

  压力容器. 2023, 40(3): 77-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.03.011

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  针对串管反应器不断拓能升级对反应器自身高耸钢结构模块化组装质量的技术需求,开发了保证反应器一次性高效组装的制造技术并持续应用。基于反应器国产化近30年来模块化设计制造中大型铆焊结构件按机加工件精密质量要求的实践经验,总结了反应器在制造过程的部件或整体模块结构的组装方法、施工内容和设计阶段模拟组装的预检作用,说明各种模块结构不同层次的组装特点及其交互影响,列出了以组装及其质量检验为主要目的的专业技术,并指出了一些禁忌及关键环节的发展方向。最后,肯定了国际工程项目管理中就不同国家标准规范的差异性充分协调的做法,促进了技术进步。