催化裂化装置衬里-金属复合结构非稳态热载传热研究

采用线性叠加原理研究高温压力容器衬里-金属复合结构在非稳态热载下的传热机理和规律.通过建立考虑多层传热的非线性有限元模型,研究了衬里-金属复合结构在非稳态温度载荷作用下的传热规律,讨论了锚固钉分布、衬里破坏程度及衬里隔热性能对结构温度分布的影响.研究表明:锚固钉密度越大,金属层温度越高,锚固钉周围温度场呈轴对称变梯度下降分布;金属层温度随衬里损坏程度的增大明显升高,损坏厚度比按0,20％,40％,60％和80％增大时,金属层温度升高幅度分别为8.0％,10.0％,13.1％和23.3％,损坏高度为96,288,480 mm时,金属层温度增加幅度依次为16.7％和5 71％;衬里材料当量导热系数与金属导热系数一致时达到复合结构温度极值,C02衬里在内集气室温度750 ℃、衬里损坏高度为288 mm、衬里损坏厚度80％时的温度极限为336 ℃.     

衬里破坏程度对衬里-金属结构温度分布的影响

隔热衬里是一种复合非均质材料,在MTO/FCC反应器内集气室等高温高压设备中广泛使用,当隔热衬里发生局部开裂或破碎时,该部分衬里将保持全部或部分隔热功能。将衬里的破坏厚度和破坏高度作为控制变量,研究衬里破坏程度对衬里-金属结构温度分布的影响,为衬里结构的选材、设计提供理论和数据支撑。研究结果表明:设计温度750℃、衬里破坏高度分别为96,288和480 mm时,衬里破坏厚度从0增大到100%的过程中衬里-金属结构温度逐渐升高,且每种衬里破坏厚度和破坏高度均存在相应的温度上限;当衬里设备存在"施工缝"缺陷时,随着衬里破坏厚度的增加,衬里-金属结构的温度增高,温度上限为546℃;当衬里破坏厚度超过80%时,金属壳体温度最高为346℃,建议进行高温衬里设备金属壳体设计时选取350℃作为设计极限温度。     

拉扭复合载荷条件下V150钻杆的力学性能研究

深井超深井钻井中,不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效,因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究。采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法,分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律。试验发现:预扭后拉伸时,预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低;预拉后扭转时,预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低;材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则,该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%。研究结果表明,按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守,而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数,且与试验数据吻合程度高,更具工程应用价值。      

拉压屈服强度不同材料厚壁圆筒的自增强研究

本文运用莫尔屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同材料的厚壁圆筒进行了自增强分析 ,得到了依赖于材料拉压比的厚壁圆筒弹性区与塑性区中的应力分布 ,残余应力分布及合成应力分布。分析结果表明 ,材料拉压屈服强度的不同对结构的自增强有一定的影响。考虑到材料具有拉压强度不同的观点 ,本文的分析结果具有一般性     

拉压异性强化材料高压容器自增强分析

运用莫尔屈服准则,对承受内压的拉压屈服强度不同的线性强化材料高压容器进行了自增强分析,得到了依赖于材料拉压比和强化模量的筒壁弹性区与塑性区中的应力、残余应力及合成应力的分布。结果表明,材料拉压屈服强度的不同和强化特性对容器的自增强均有一定影响。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。     

复合射孔枪接头脱落的数值分析

在相同结构和装药量的条件下,复合射孔在井下作业能够产生较高的枪内压力,容易引起接头的剪切脱落失效。据此,从结构和内压角度,应用塑性动力学的数值方法和材料的破坏判据分析了引起接头脱落失效的几种因素。发现螺纹剪切破坏存在一定的时间序列和顺序,以及载荷与失效的规律,为防止井下作业中复合射孔枪接头脱落失效提供了技术支持。     

D-510脱气塔塔底封头裙座连接区域应力腐蚀力学分析

一定的拉应力或压力容器金属内部残余拉应力是产生应力腐蚀的三个必要条件之一。文章对D-510脱气塔塔底封头与裙座连接区域进行了详细的有限元应力分析和强度评定,得到了D-510脱气塔塔底封头裙座连接区域的应力分布规律。分析结果表明,该区域具备产生应力腐蚀的力学条件,裂纹方向与应力状态完全相符;产生缺陷的原因不是强度破坏。综合材料对应力腐蚀的敏感性和塔釜介质含有Cl~-和溶解氧的情况,可以判定缺陷是应力腐蚀造成的。     

基于双剪强度准则的拉压异性材料厚壁圆筒的极限分析

本文运用双剪强度屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同材料厚壁圆筒进行了极限分析,得到了依赖于材料拉压比的弹性极限载荷和塑性极限载荷公式,分析结果表明,材料拉压屈服强度的不同对结构承载能力有一定的影响,所得到的极限载荷公式可供设计人员参考。     

基于ANSYS的不同排列方式短管蜂窝夹套有限元分析

以短管蜂窝夹套为研究对象,采用ANSYS有限元方法,模拟分析了短管排列方式改变对夹套静应力的影响及热应力-机械场对夹套结构强度的影响,进行了夹套疲劳寿命的校核。研究结果表明,在模拟试验条件下,三角形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为212.382 MPa,最大当量应力值为266.512 MPa,内筒体内陷量为0.854 mm,外壳外凸量为0.579 mm;正方形排列方式短管蜂窝夹套结构的总体应力为170.215 MPa,最大当量应力值为199.982 MPa,内筒体内陷量为1.573 mm,外壳外凸量为1.183 mm。2种短管排列方式的蜂窝夹套结构均满足强度要求和疲劳寿命要求。     

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;最后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程序UAP,分析了裂纹类缺陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。     

均匀腐蚀下油气井套管的强度及其寿命

通过公式推导研究了J55套管在均匀腐蚀下的抗拉、抗外挤以及抗内压强度,得出了天钢套管和西姆莱斯套管的抗拉、抗外挤以及抗内压强度变化规律。提出了力学和化学共同作用下套管寿命的计算方法,并计算了天钢套管和西姆莱斯套管的服役寿命。     

砂砾岩地层钻头合理选型研究及应用

莫里青地区所钻遇地层含砾岩层多,下部地层的岩石成岩性好,胶结致密,研磨性强,可钻性差,机械钻速较低,为提高该地区钻头的进尺和钻速,开展了钻头类型优化研究。利用测井资料和钻头使用资料相结合的方法,首先对该地区的测井资料进行处理分析,得出地层的抗压强度、抗剪强度、研磨性及可钻性等力学参数,然后根据已使用钻头情况,建立钻头数据库。利用钻头类型与地层之间的匹配关系模型,结合地质、测井和钻井资料进行钻头合理选型,得出了钻头优选结果,并进行了现场应用,取得了较好的效果。     

射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析

射孔完井是国内外使用最广泛的完井方法,但是大量的现场实践表明,射孔对套管强度有较严重的影响,所以确定套管射孔后的抗挤强度的变化趋势是合理选择套管的重要依据。利用非线性弹塑性有限元法建立了螺旋布孔的射孔套管强度分析的空间有限元力学模型,该模型可以通过任意改变射孔孔径、孔密、相位角、壁厚、套管尺寸以及不同钢级套管的材料力学特性参数等,对射孔套管抗挤强度进行各种综合因素的有限元力学分析。经分析认为:高钢级或高强度套管能有效提高射孔套管抗挤强度;随着孔径、孔密的增加,套管的抗挤强度降低;相位角在180°时,套管的抗挤强度最低。研究结果为合理地选择套管、延长其使用寿命提供了一定的理论依据。     

高钢级大壁厚管线钢管母材屈服强度测量方法探讨

探讨了以材料自身的抗拉强度为基准值来测定其屈服强度值的方法,取拉伸应力一应变曲线上抗拉强度一定比例的两个数值,在曲线上拟合出具有一定斜率的直线,以该直线与横坐标交点为原点计算Rt0.5或Rp0.2.这种方法解决了因检测试验设备和试样加工精度等客观原因造成的高钢级大壁厚管线钢屈服强度测试结果不准确问题,为有效消除外在因素...     

油管与套管抗内压强度研究

在深井、超深井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患.文中针对API 5C3模型已不能准确预测套管实际抗内压强度的问题,研究了材料的屈强比对油、套管爆裂强度的影响规律,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型.结果表明,该模型计算出的油管套...     

套管钻井中变应力幅载荷下管柱疲劳强度的评估

套管钻井中，套管柱会承受各种载荷的作用。分对称循环变应力幅载荷和不对称循环变应力幅载荷两种情形，推导了不同钻进参数下考虑变应力幅载荷的套管疲劳强度计算公式，阐明了变应力幅载荷的变化对套管疲劳强度的影响；结合套管钻井的实际给出了算例分析，计算结果显示，在相同条件下采用不对称循环变应力幅栽荷模型，计算出的疲劳强度值要比对称循环变应力幅载荷模型的大，表明在实际评估中采用对称循环变应力幅模型计算所得的结果趋于保守，因而具有更高的安全系数。     

对我国《套管柱强度设计方法》标准的疑问

研究分析认为,2000年修订的《套管柱强度设计方法》(SY/T5322-2000)新标准存在一些值得商榷的问题,主要有:1)三轴应力强度在计算轴向应力时,对第一段套管采用压力面积法,以上各段则采用浮力系数法,两种方法混合使用;"轴向压应力可增大抗挤强度"的设计,是欠安全的;2)三轴抗拉强度计算公式、附录B中管内压力pi的计算、附录B2中有效拉力的绘图等,都可能有错误;3)用"垂深长度"乘以套管的"线浮重"计算定向井套管的自重拉力,与实际相差太大;4)套管弯曲力的定义不够严格,把弯曲力加到垂直井段是不正确的.     

对应用三轴强度理论进行套管柱设计的分析

从套管柱三轴强度设计理论分析入手，讨论了应用三轴强度理论进行套管柱设计时应该注意的几个问题。给出了应用计算机实现套管柱设计的方法和步骤，并编制了相应的计算软件，结合具体设计实例，通过计算分析表明，应用三轴强度理论进行套管柱设计具有分析全面、计算精度较高的特点。     

管线钢拉伸试验中异常屈服强度研究与分析

针对国内某制管厂在对管材进行拉伸试验时屈服强度普遍偏高问题进行了深入调查分析,结果显示：试验机系统误差是拉伸屈服强度和抗拉强度偏高的原因之一;此外,误把规定非比例延伸强度Rp0．5视为管线钢屈服强度Rt0.5,是屈服强度普遍升高的主要原因。