压力管道安全运行关键技术的实验研究及应用

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压力管道是具有一定危险性的承压构件，管道内的介质往往具有高温、高压、易燃和易爆性质，一旦发生泄漏或爆炸，会导致灾难性事故发生，使人民生命财产遭受巨大损失，并直接影响社会安定。处于高温高压及腐蚀环境中的压力管道常常会在服役期间产生裂纹，这些裂纹的扩展有可能导致严重的安全事故，对压力管道的安全运行造成威胁。
　　在实际的石油、化工生产中，为了保证生产的连续性，出现裂纹的压力管道不可能立即更换。而断裂力学及现代材料科学也已证实：含有一定深度的裂纹的管道仍然具有一定的承压能力。
　　而对于含裂纹的压力管道，为了保证其安全运行，关键是要了解裂纹的扩展情况，并计算出裂纹的断裂力学参量，通过其与材料断裂韧性的比较，判断管道是否能安全运行。基于这种情况，本论文对含有纵向内裂纹的压力管道做了如下研究：运用有限元分析方法，探讨了压力管道内表面裂纹的长度及深度对裂纹处表面周向应变的影响，得到了含纵向内裂纹压力管道裂纹中心处外表面周向应变随裂纹长度及深度的变化规律；利用光纤光栅传感技术，建立了压力管道裂纹监测装置，运用该装置对含纵向内裂纹压力管道裂纹中心处外表面周向应变进行了测试与分析，测试结果与有限元分析结果有较好的一致性；建立了含裂纹管道安全运行监测系统，该系统的压力管道裂纹监测装置和电脑安全评定系统可以将测得的裂纹中心处外表面周向应变转化为裂纹的断裂力学参量——应力强度因子，并将计算值与材料的断裂韧性进行比较，实现含裂纹管道安全性的评定，从而保证含裂纹压力管道的安全运行。
　　由于对含裂纹缺陷压力管道的评定工作会运用到多方面的知识，包括材料科学、失效分析学、力学等，同时也会使用到非常复杂的数值分析方法，掌握这个方法对工程技术人员来说非常困难。本文所研究的含裂纹管道安全运行监测系统经完善以后可以用于生产实际中，可使工程技术人员不需进行很复杂的计算就能对含裂纹压力管道的裂纹扩展情况进行监控并对管道的安全运行进行控制。

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作者
魏玉婷;
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作者单位

武汉工程大学;

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授予单位武汉工程大学;
学科化工过程机械
授予学位硕士
导师姓名何家胜;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TQ055.81;TP212;
关键词
纵向内裂纹; 光纤光栅传感器; 应力强度因子; 压力管道; 安全运行;

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