2023年, 第40卷, 第4期　
刊出日期：2023-04-30

  

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试验研究
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  不等频率比转置三角形管束流体弹性失稳试验研究

  郭凯, 程雨轩, 谭蔚, 王博尧, 于美琪, 张红升

  压力容器. 2023, 40(4): 1-7,44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.001

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  管壳式换热器是最为常用的热交换设备,管束的流致振动问题是设计和制造关注的重点,虽然换热器的设计过程对管束流致振动问题有所要求,但是由于管束的支撑存在不对称性,造成实际工作中的管束振动问题难以准确预测。采用水洞试验,研究了节径比为1.41的不同频率比转置三角形管束的流体弹性失稳特征,对比分析了振幅、频率响应和相图特性。结果表明,当R_f<0.8时,单弹性管模型很难准确预测管束横流向失稳临界流速。随着频率比R_f的减小,横流向失稳前振动形式由混沌形式向双周期振动转化,而顺流向振动形式在失稳后,则由准周期振动向双周期振动形式转化。同时,管束顺流向可能出现超过标准的振幅,在换热器设计和运行过程中应予以关注。
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  N06200镍基合金管板与换热管焊接接头组织与性能研究

  武靖伟, 王志刚, 张建晓, 王有银, 王岑, 张小许, 车文斌, 朱映宝, 徐红

  压力容器. 2023, 40(4): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.002

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  采用氩弧焊丝ERNiCrMo-17对换热管(材料为SB-622 N06200)与管板(材料为SB-564 N06200)进行焊接试验。针对此材料的管-板焊接进行焊接工艺研究,通过金相组织观察、角焊缝厚度测量、拉脱力试验、晶间腐蚀试验对N06200镍基合金管板与换热管焊接接头进行分析。结果表明:采用第1层自熔+2层填丝所获得的管-板焊接接头成形良好,焊道均匀饱满;接头的角焊缝厚度均满足标准要求的1.2 mm,接头的拉脱力和晶间腐蚀率均高于管板和换热管母材;接头焊缝组织为胞状晶、柱状树枝晶和等轴晶奥氏体组织,枝晶生长方向随机,等轴晶可抑制热裂纹的产生;接头焊缝区域硬度明显高于其他区域,硬度曲线呈“跳跃”特征。
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  焊后热处理温度对15CrMoR 钢对接接头性能的影响

  郭城湘, 王朗, 白林, 郭利峰

  压力容器. 2023, 40(4): 15-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.003

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  采用属于P-No.4的15CrMoR钢作为研究对象,以国内外承压设备标准对P-No.4材料焊后热处理温度的不同要求为基础,研究了不同保温温度下(595,620,675,690℃)15CrMoR钢对接接头的拉伸性能、冲击性能、硬度及显微组织的变化。结果表明,随着保温温度的升高,15CrMoR钢对接接头强度逐渐降低,焊缝和热影响区的冲击韧性有一定的提高,焊接接头的硬度和热影响区最高硬度值均有一定下降。675℃和690℃的整体性能优于595℃和620℃。
设计计算
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  内压与轴向拉力作用下锥壳与圆筒连接结构的屈曲分析

  刘佳锋, 向志海, 薛明德

  压力容器. 2023, 40(4): 21-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.004

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  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。
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  管道穿透斜裂纹应力强度因子计算

  崔远洋, 李慧芳, 钱才富, 吴志伟

  压力容器. 2023, 40(4): 30-36,66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.005

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  裂纹是引起管道开裂失效的主要原因,裂纹尖端应力强度因子是表征裂纹应力场强度的主要物理量,也是对管道进行安全评估时的主要依据之一,但管道不同于平板,有曲率影响,因此基于平板推导出来的裂纹尖端应力强度因子公式必须进行修正。为了准确计算管道上斜裂纹应力强度因子,建立了不同管道直径、不同裂纹倾角以及不同裂纹长度下的管道穿透斜裂纹有限元模型,并计算了裂纹尖端应力强度因子,在无限大板中心斜裂纹应力强度因子计算公式基础上,修正得到了管道穿透斜裂纹应力强度因子计算公式,这对于含裂纹管道安全评定有重要参考价值。
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  薄壁内衬复合管衬层径向临界脱层屈曲分析

  卢召红, 何琳琳, 徐艳, 顾孝宋

  压力容器. 2023, 40(4): 37-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.006

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  薄壁内衬复合管受周围环境影响处于复杂受力状态,其衬层受径向力的作用易产生脱层剥离现象,导致内衬层脱层剥离屈曲失效。基于经典的圆柱壳理论,建立薄壁内衬复合管径向力作用下的壳体动力控制方程,推导得到满足复合管径向压力达到临界值时的计算公式和内衬层最小厚度的计算方法,为后续研究应用提供理论基础。利用双线性内聚力关系建立数值分析模型,考虑内衬层厚度对薄壁内衬复合管径向屈曲的影响,将理论结果与数值分析结果对比分析。结合相关算例和试验结果与本文数学分析模型结果对比,进一步验证数学模型的准确性和可靠性。结果表明,复合管径向临界屈曲的数值分析结果、算例和试验结果与理论结果对比,最大误差均在实际应用允许范围内。研究方法可以用于分析径向力下复合管道内衬层的脱层屈曲问题,为进一步研究非开挖管道的内衬修复技术提供理论依据。
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  浅析超压泄放装置排放能力计算公式中气体特性系数

  吴全龙, 陈红亲, 周亮, 胡军, 张健

  压力容器. 2023, 40(4): 45-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.007

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  基于理想气体理论流量计算公式的推导过程分析,找出了气体特性系数与气体通用常数的关联性及其临界流动特征。通过对API 520-1,CGA S-1.3,GB/T 150.1,ISO 4126-7等标准的比较,分析了不同标准关于超压泄放装置排放能力计算中气体特性系数取值差异的原因,并讨论了其差异对工程应用的影响。研究表明,不同标准中气体特性系数的表达形式虽然不同,但只要各物理量单位及气体特性系数的取值与相应引用公式的规定一致,则对计算结果没有影响。
标准规范
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  大型低温液化气储罐国家标准GB/T 26978—2021修订解读

  扬帆

  压力容器. 2023, 40(4): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.008

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  GB/T 26978—2021《现场组装立式圆筒平底钢质低温液化气储罐的设计与建造》是国内一部低温液化气储罐设计建造的基础性国家标准。为便于国内低温储罐行业建设者更好地理解2021版标准,从修订背景和意义出发,对GB/T 26978—2021的适用范围、设计依据、金属构件、混凝土构件、绝热构件以及试验干燥置换冷却等修改内容进行了全面解读,对比了新版标准与原版标准及其他相关规范的区别,给出了标准在修订中的主要变更内容,并对修改原因及差异性进行分析,以便更好地指导国内低温液化气储罐的设计建造工作,推动该标准的贯彻落实。
安全分析
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  重整装置双相不锈钢换热器腐蚀泄漏原因分析

  郭福平, 吕运容, 段志宏, 孙志伟, 连玮琦

  压力容器. 2023, 40(4): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.009

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  某石化企业重整装置再生循环干燥系统S22053双相钢换热器换热管发生泄漏,堵管率达到64%,导致换热器失效。通过对泄漏换热器宏观观察,并对取样采用化学成分分析、金相分析、腐蚀坑形貌观察、能谱分析等表征手段,结合壳程入口处再生气露点温度计算、温度场数值模拟进行失效分析。结果表明:重整装置双相不锈钢换热器的失效原因为壳程侧的盐酸腐蚀。产生盐酸腐蚀的主要原因是壳程介质中水蒸气含量大于1.1%和氯化物含量偏高,在操作工况具有水蒸气结露的条件,继而形成盐酸液滴。双相钢换热管在pH值小于5的盐酸中发生严重的选择性腐蚀,最终导致换热管腐蚀穿孔泄漏。
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  基于CFD分析方法的氢气碱洗塔腐蚀失效分析

  蒋良雄

  压力容器. 2023, 40(4): 67-73,86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.010

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  以某石化重整装置开裂碱洗塔为研究对象,分析氢气-碱液两相耦合腐蚀机理和碱洗塔失效原因。采用CFD技术,仿真模拟碱洗塔内部氢气-碱液流动流场,计算两相介质速度和动压力分布,并结合失效材料的化学成分、拉伸力学性能试验及塔内壁表面腐蚀产物分析,确定碱洗塔失效的原因是流动加速腐蚀,即潮湿含HCl的氢气与碱洗塔壁面接触,由于碱液流动存在不均衡性,HCl未与碱液中和而是与壁面发生腐蚀反应。同时,在高速氢气的作用下,腐蚀产物膜发生剥落,从而加速塔体壁面的减薄,最终在内压作用下发生开裂。该研究结果可为类似工艺装置与工况特点的在役承压设备避免相似损伤失效模式提供参考。
制造与安装
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  不锈耐热钢晶粒过粗对焊接接头的负面影响探析

  束润涛

  压力容器. 2023, 40(4): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.011

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  介绍了国内外承压设备用材标准对不锈耐热钢晶粒度的规定,通过对几个失效案例的具体分析,明确了粗大晶粒会增加晶间腐蚀的敏感性,且在焊接热输入过大的情况下,粗大晶粒会阻碍焊缝收缩时的晶界滑移,增加焊接接头产生裂纹的风险。通过分析,认为晶粒粗大降低了晶界的总面积,随着晶界面积的减少,热影响区在焊接热循环过程中使碳化物更多地聚集于晶界,使得晶界熔合区和热影响区形成裂纹的可能性更大。提出了在严格按焊接工艺施工的前提下,对母材规定合理的晶粒度范围。建议对不锈耐热钢板材、管材和管件的晶粒度按4～9级,锻件的晶粒度按3～7级进行规定。
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  核电钢质安全壳形位公差的控制方法

  谢春法, 刘虎, 尹清斌, 苗明华

  压力容器. 2023, 40(4): 80-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.04.012

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  核岛钢质安全壳是一个自由站立的圆柱形钢制压力容器,其拼装存在单块弧板质量大、精度要求高、受环境影响大,并且影响后续贯穿件、环吊安装质量等特点,需要采取稳定可靠的公差控制措施来解决大尺寸筒体组对时错缝过大、周长超差、温度影响、吊装变形等关键问题。通过对钢质安全壳施工工艺过程中误差来源的分析,推导预估弧板拼装成模块后公差精度相关计算公式,预设拼装钢质安全壳单块弧板时的公差控制精度,实现模块组对精度满足设计要求的方法,预防因弧板拼装误差累积导致模块组对不符合项出现的问题,使核岛钢质安全壳制造过程各工序形位公差满足设计要求,并用实例进行了说明和验证。