平衡式安全阀波纹管开裂失效分析和改进措施

通过化学成分、金相组织、硬度及扫描电镜等分析和检查手段,对平衡式安全阀波纹管断口部位进行了失效分析。结果表明,波纹管在冷加工塑性成形时产生加工硬化,波纹管局部硬度增大,提高了材料氢致开裂的敏感性并造成开裂。提出了波纹管制造的改进措施和要求。     

烟机入口管膨胀节失效分析

中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化装置烟机入口管线共有四波铰链板膨胀节6台.编号为波2和波4的膨胀节分别在2011年和2012年出现波峰开裂失效,严重影响装置的正常运行.详细介绍了膨胀节运行情况及失效形式,并从应力因素、温度影响和金相组织变化等方面对膨胀节的失效原因进行分析,由此得出由于波峰处所承受过大的拉应力造成波峰开裂,铰链板垫板焊缝组织脆化导致焊缝开焊则是导致膨胀节开裂失效的根本原因.此外,波纹管材质内部的晶间腐蚀是其开裂失效的内在原因,而膨胀节波纹管因长期在高温环境下工作发生高温腐蚀疲劳、材料韧性降低也是最终导致开裂的重要原因.     

井眼直径对膨胀波纹管膨胀性能的影响

为了保障膨胀波纹管在石油钻井中的应用,针对Φ 215.9 mm波纹管现场试验过程中水力膨胀需求,采用有限元弹塑性分析的方法,建立波纹管膨胀模型,开展波纹管在直井中膨胀情况的仿真模拟。通过对所建模型的分析,对不同井眼直径可膨胀波纹管的波峰、波谷、长轴及不圆度随压力的变化关系进行研究,结果表明:随压力的增加,波纹管的不圆度逐渐减小,且井眼直径越大,不圆度越小;随井眼直径的增加,波峰、波谷、长轴的直径均增大。     

可膨胀波纹管截面设计计算与评估方法

可膨胀波纹管截面设计是波纹管结构设计的关键环节,直接影响波纹管的应用效果。目前波纹管截面的设计方法过度依赖经验,计算效率和精度不高。为此,提出一种多瓣可膨胀波纹管截面设计计算方法。新方法在基本假设的基础上简化了几何模型,系统阐述了计算方法和步骤,同时提出以椭圆度为主要判断依据的计算评估方法,结合有限元仿真分析获得了优化波纹管截面结构的一般规律。分析结果表明:6瓣结构的波纹管的截面经膨胀后最容易还原为圆形;波纹管的波峰和波谷半径比越接近于1,膨胀后的椭圆度越低;多瓣波纹管的波峰处是残余应力集中的危险区域。与基于图形的试算方法相比,新方法的设计效率更高,计算结果的稳定性更强。     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

可膨胀波纹管有限元分析与现场应用

为了给波纹管现场应用提供合理的理论依据,采用弹塑性有限元方法,建立了可膨胀波纹管的有限元计算模型。通过对所建模型的求解,对可膨胀波纹管的残余应力、波峰和波谷的膨胀量随压力的变化关系以及抗外挤强度随膨胀压力的变化关系进行了深入细致的研究,模拟结果和试验结果相符合。波纹管技术已在现场成功应用,解决了常规堵漏方法无法解决的恶性井漏问题。     

高真空多层绝热低温管道内管路波纹管应力非线性有限元分析

广泛用于LNG等输送的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常使用波纹管膨胀节来补偿其内管的冷缩变形,波纹管由于工作在深冷环境中且要承受液体内压,在实际使用过程中常出现断裂进而导致整个管道失效。为此,介绍了HV-MLI低温管道的基本结构,建立了波纹管有限元模型,在HV-MLI低温管道输送LNG、LO_2及LN_2的不同工况下对波纹管进行了应力非线性有限元计算,分析了轴向位移载荷及内压载荷分别作用下的波纹管响应状况,并结合国家标准GB/T 12777—2008对所用波纹管进行了强度及疲劳寿命校核。结果表明:(1)波纹管满足HV-MLI低温管道使用要求;(2)输送LN_2工况时波纹管等效应力最大,波纹管波峰内表面为危险点,此时可以考虑适当降低介质输送压力;(3)轴向位移载荷引起的波纹管子午向应力远超过材料的屈服极限,是引起波纹管疲劳损坏的主要因素,在管道设计及使用时应严格控制其数值。     

油气井堵漏波纹管加压膨胀过程中位移-应力变化规律

基于油气井钻井中的波纹管堵漏技术,采用ANSYS软件有限元分析方法和现场试验,对堵漏波纹管膨胀过程中位移-应力变化规律进行了研究。采用双重非线性分析方法计算波纹管的膨胀变形,得到了波纹管施工加压膨胀过程中的等效应力分布云图以及波纹管膨胀过程中的位移、应力变化规律。现场波纹管加压试验结果表明,波纹管加压膨胀变形过程的模拟计算结果与试验结果有着同构的一致性。波纹管加压膨胀变形过程中,其应力、应变对应于管体几何形状呈对称分布。管体各处的等效应力和应变不同,其大小主要取决于该处的曲率半径,在波峰和波谷区域产生最大等效应力和最大应变。在此基础上回归出了波纹管管径几何尺寸变化与胀圆所需压力值之间的数学关系式。     

奥氏体不锈钢波纹管膨胀节的腐蚀与防护

对炼油厂催化裂化、重油催化裂化能量回收系统管道中使用的１８８型奥氏体不锈钢波纹管膨胀节的腐蚀失效类型及产生原因进行了分析，并从工艺操作、不锈钢的表面改性、选材、消除残余应力等方面对如何防止波纹管膨胀节的穿孔和开裂进行了阐述。     

烟气轮机管道膨胀节的失效原因与选材

根据催化裂化装置烟气轮机管道波纹管膨胀节破坏失效的现状和工作环境特点,从金属学理论出发,探讨了破坏失效的原因,认为主要是由应力腐蚀开裂所致.有氯离子和硫化物引起的穿晶型应力腐蚀开裂,也有连多硫酸引起的沿晶型应力腐蚀开裂.催化剂沉积区和腐蚀产物沉积区产生的点蚀和缝隙腐蚀会诱发应力腐蚀开裂的产生.氯离子是引起腐蚀的主要活化剂.膨胀节波纹管部分采用FN-2和Incoloy钢材最好,实践证明,采用上述两种钢材代替18-8型不锈钢作为制造波纹管膨胀节的材料,可延长膨胀节寿命2倍以上,有很好的经济效益.