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高温低铬管道纵向焊缝峰值剩余寿命敏感性

通过菲利普·e·Prueter, The Equity Engineering Group, Inc.首席工程师和材料与腐蚀组长,乔纳森·d·DobisThe Equity Engineering Group, Inc.的材料和腐蚀总监;马克Geisenhoff, Flint Hills Resources的全球固定设备主管迈克尔·卡亚德博士Flint Hills Resources的腐蚀与材料主管。本文发表在2016年7月/ 8月的《Inspectioneering Journal》上。188游戏平台下载
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介绍

炼油和发电行业的高温低铬管道的许多故障都归因于纵向焊缝的“峰值”。通常,局部焊缝峰值发生在管道制造过程中,轧制的管道在焊缝处偏离真实的圆形截面,如图所示图1.此外,大多数焊接管道制造标准对这种不圆度没有具体的验收标准。此外,一些失效的高温管道符合要求的原始制造公差,但在设备检查文件中没有记录的峰值测量。这使得量化与低铬管道高温操作相关的风险变得困难。根据原始热处理,已知蠕变损伤进程会因焊缝、热影响区(HAZ)和相邻母材的蠕变性能不匹配而加速。这种性能不匹配导致应力强化和三轴拉伸,加速了焊件附近的蠕变损伤。纵向焊缝峰值会在压力边界引起显著的局部弯曲应力,对于在蠕变状态下工作的管道部件,局部峰值的存在会增加蠕变裂纹萌生、扩展的倾向,并最终导致压力边界的全面破裂。

图1所示。纵向焊缝[1]焊缝“峰值”示意图。
图1所示。纵向焊缝[1]焊缝“峰值”示意图。

本文总结了最近一项基于有限元分析(FEA)的研究,该研究采用蠕变模拟技术来研究具有峰值纵向焊缝的管道的高温响应。本研究的目的是使用分析方法来估计特定低铬管道几何形状的剩余寿命,并评估结果对关键参数变化的敏感性,如操作温度,纵向焊缝峰值的大小,以及管道热处理的效果。本研究比较了30英寸和36英寸直径的1 1/4 Cr - 1/2 Mo管道在有和没有局部焊缝峰值的情况下的蠕变损伤进展。利用材料性能委员会(MPC) Omega蠕变方法的模拟技术,如本文讨论的那些,在估计在用管道的剩余寿命和建立推荐的局部焊缝峰值制造公差、适当的检查实践、对于高温低铬管道系统,合理的无损检测间隔时间。

记录失败

在蠕变状态下运行的11 1/4 Cr - 1/2 Mo组件,如过热器出口封头和管道组件,早期的失效归因于[2]开裂。1968年,ASME规范降低了11 1/4 Cr - 1/2 Mo材料的(随时间变化的)许用应力,使1000°F和1050°F的许用应力分别降低了16%和26%[2]。因此,在20世纪50年代和60年代设计的蠕变状态下运行的低铬封头和管道组件可能设计不足。在1989年ASME规范[3]附录中,由于工业故障,允许应力第二次下降,在1000°F时,11 1/4 Cr - 1/2 Mo的允许应力从6.9 ksi下降到6.3 ksi,在1050°F时从4.6 ksi下降到4.2 ksi。此外,ASME B31.3在2004版[4]中引入了焊缝强度折减系数(W)。这个因素的目的是考虑在没有蠕变试验(高于950°F)的高温下焊缝的长期行为。ASME B31.1在2008版[5]中引入了这个参数。

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