高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力松弛研究

胡波（大慶石化工程有限公司,黑龍江 大慶 163000）

1 高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力松弛的原因分析

高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力松弛的過程是外因和內(nèi)因共同起作用的結果，其外因是環(huán)境溫度和動靜荷載，而其內(nèi)因則主要是熱力學上的高能量?？赡芤鸶邏壕垡蚁┓磻茏栽鰪姎堄鄳λ沙诘脑蛴袃蓚€：

一是正常生產(chǎn)時自增強殘余應力的松弛，高壓聚乙烯反應管的設計壓力一般是320MPa,設計溫度一般為340℃,通常來說，在正常生產(chǎn)的過程中都或多或少地存在一些壓力和溫度波動,所以會產(chǎn)生材料的疲勞以及低溫蠕變效應，這些都在一定程度上引起了殘余應力的松弛。然而，因為高壓聚乙烯反應管等相關的裝置其自動化程度較高,所以相對而言其壓力和溫度的波動就稍小一些,正因為如此，影響自增強殘余應力松弛的最大因素就是穩(wěn)態(tài)平均溫度場。

二是開停工時的殘余應力松弛。當開停工的時候，高壓聚乙烯反應管內(nèi)的壓力以及溫度就會快速地發(fā)生變化,在服役的時候,雖然多次數(shù)的開停工所引起的壓力循環(huán)變化次數(shù)較少，然而它的幅度卻很大,所以對自增強殘余應力松弛的影響也很大。除此之外，開停工期間的平均溫度和溫差的作用時間與正常操作時的情況相比完全可以忽略不計。

2 高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力松弛試驗分析

2.1 交變內(nèi)壓作用下的松弛試驗

2.1.1 試件 試件是厚壁圓筒,長度為500mm,材料是25Cr2MoV鋼,它的化學質(zhì)量分數(shù)為C(0.25%)、Cr（1.65%）、Mo（0.30%）、V（0.20%）、Si（0.30%）等,其機械性能為屈服強度為715MPa，極限強度為 821MPa，彈性模量為 21×105，泊松比為0.291，延伸率為19等，自增強處理結果如下所示：

內(nèi)半徑R i/m m 20.09外半徑R o/m m 43.14超應變度/%30.9彈塑性交接面半徑/m m 27.2自增強處理壓力/M Pa 500

2.1.2 試驗 本文所進行的松弛試驗主要是在液壓伺服疲勞試驗機上操作的。結合高壓聚乙烯反應器開停工的實際壓力變化現(xiàn)象,選取試件的交變壓力幅Δp=240MPa,其中最大壓力為240MPa,最小壓力是0MPa；壓力循環(huán)波形是矩形波；另外，當壓力循環(huán)時達到了給定的循環(huán)次數(shù),就需要截除一段,并用鏜削法來對圓筒壁內(nèi)的殘余應力進行測量,這樣不斷循環(huán)進行試驗，得到的殘余應力測量值如下表所示：

循環(huán)次數(shù)/M Pa/%0-441100100-419.795.171000-367.183.243000-330.374.906700-330.174.85

2.1.3 結果 不難發(fā)現(xiàn)，在交變內(nèi)壓的作用下，高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力出現(xiàn)了十分明顯的松弛現(xiàn)象,然而在循環(huán)次數(shù)超過3000之后,高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力就開始趨于穩(wěn)定。

2.2 均勻溫度場中的松弛試驗

2.2.1 試件 此種情況下的試件是兩個自增強厚壁圓筒,材料為25Cr2MoV鋼,長度是500mm，其外徑是86mm,壁厚23mm，自增強壓力為515MPa。

2.2.2 試驗 首先用鏜削法測量圓筒的初始殘余應力,接著把剩余的筒體放進加熱爐中，使之加熱到340℃,繼而取出冷卻,此時再進行殘余應力的測量。與此同時,再把剩余的筒體加熱到340℃,這樣反復殘余應力的松弛試驗，可得到如下測量結果：

時間/h 0526100315環(huán)向殘余應力/M Pa-430.15-361.21-344.58-338.82-318.43殘余應力剩余率/%10083.9780.1178.7774.03

2.2.3 結果 以上試驗的松弛時間是315h。根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)分析，可以推算得知,該圓筒在340℃的均勻溫度場中,經(jīng)過30多個小時的試驗后開始進入慢速松弛階段。

3 結語

在交變內(nèi)壓和均勻溫度場這兩種作用的影響下，高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力均表現(xiàn)出較為明顯的松弛現(xiàn)象,然而，他們之間的松弛趨勢也有所不同，在交變內(nèi)壓作用下，殘余應力松弛通過3000次循環(huán)后就開始趨于穩(wěn)定，而在均勻溫度場的作用下,在松弛時間超過30小時之后，其殘余應力便開始進入慢速松弛階段。

[1]薛青利，林玉霞.高壓聚乙烯反應管自增強殘余應力松弛研究[J].石油機械，2003（01）.

[2]胡林星.聚乙烯超高壓反應管殘余應力特性的試驗研究[D].華南理工大學，2011.

[3]陳海輝.殘余應力松弛和自增強處理壓力對在役高壓容器的安全影響[J].中國機械工程，2014（23）.