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超高压聚乙烯反应器的疲劳特性研究

刘志伟  
【摘要】:超高压聚乙烯反应器是聚乙烯生产的核心设备,它一般是由长达十来米的超高压聚乙烯反应管生产管线组成。在投入生产之前,需经自增强处理,以获得一定水平有利的残余应力,降低在工况下的应力峰值及平均应力值,提高设备的弹性承载能力及疲劳寿命。但这种残余应力在实际工况下由于受到多种因素的影响而发生衰减,特别是目前我国在役的超高压聚乙烯反应管运行大都超过20年,残余应力已出现很大程度的衰减,严重影响了设备的安全运行。因此,为确保安全生产、减少经济损失,需对残余应力衰减的规律及衰减后的恢复技术及方法展开系统研究。 作者以实际生产中的超高压聚乙烯反应管为研究对象,该管已在某石化厂运行了21年,于2008年离线并存放至今。作者以自增强处理残余应力的产生、分布、松弛衰减、再分布为主线,从理论和试验两个方面开展研究工作,内容主要包括: (1)研究了超高压聚乙烯反应管自增强残余应力的产生机理,根据Mises屈服条件计算经自增强处理以及自增强再处理后的残余应力沿超高压聚乙烯反应管壁厚的分布规律,并利用ANSYS有限元软件对不同工作压力条件下的反应管应力分布进行了模拟与分析; (2)对疲劳试验之前的超高压聚乙烯反应管端面沿径向的环向残余应力进行测量,得到反应管端面环向残余应力沿壁厚方向的分布和外壁面环向残余应力值,并与理论计算值对比分析超高压聚乙烯反应管端面的残余应力的实际衰减规律; (3)采用自行设计的超高压疲劳试验装置,结合动态应变应力测试方法,模拟现实工况的交变内压来对超高压聚乙烯反应管样进行8000次疲劳试验,,利用ORIGIN软件对疲劳数据进行整理分析,得到超高压聚乙烯反应管外壁残余应力的松弛规律。 (4)对超高压聚乙烯反应管进行了自增强再处理试验,动态监测超高压聚乙烯反应管内压和外壁环向、轴向应变的变化,根据理论分析计算弹塑性半径及残余应力的再分布规律,并利用试验中实际iε to p曲线图来检验弹塑性界面半径,并根据弹塑性变形关系,编制了预测残余应变程序,实时显示塑性变形后的残余应变。


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