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大型原油储罐的应力腐蚀开裂及安全性的研究

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硕士学位论文

摘要

大型储罐是石油储存中必不可少的特殊压力容器,随着我国石油战略储备计

划的实施,大型储罐建设己成为必然趋势,通常大型储罐的主体材料为高强

度钢,

因此为保障大型储罐的安全运行和减少经济损失,对大型储罐用高强度钢的

性能

和使用安全性进行研究就显得很有必要。

腐蚀失效是原油储罐常见的失效形式,其中应力腐蚀开裂,

因其隐蔽性而最危险之一。储罐表面的各种缺陷和焊缝为

易腐蚀的薄弱环节,在应力和腐蚀性介质的联合作用下,易引发应力腐蚀开

裂。

因此,大型储罐用高强钢的研究成为工程界关心的问题。

本课题系中国石油化工股份有限公司科技开发项目“大型罐区风险分析技术

体系的研究与开发”的一部分,围绕大型原油储罐材料的应力腐蚀开裂展开

研究,

为大型原油储罐的寿命预测及风险评价提供依据,具有重要的工程应用价

值。

应力腐蚀开裂是指敏感金属或合金在一定的应力和特定的腐蚀介质环境共

同作用下产生的破裂。应力腐蚀常常在远低于材料屈服强度的条件下突然发

生,

没有明显的形变,不易觉察,具有隐蔽性,并会造成严重的后果,具有很大的

危

害性。一定材料只有在特定环境下承受拉应力时才会发生应力腐蚀开裂,如

高强

钢在硫离子和氯离子环境下都有很强的应力腐蚀敏感性。因此,研究大型原

油储

罐材料的应力腐蚀开裂性能,需要结合它所处的环境进行试验研究与分析,

从而

将结果应用于实际工程中。

本课题主要研究的是大型原油储罐材料的应力腐蚀开裂及安全性,特别对大

型原油储罐焊缝应力腐蚀开裂的产生和扩展规律进行了试验研究和分析,并

进行

了储罐的安全评定和寿命预测。其主要研究内容及结论如下:

运用有限元方法分析了大型原油储罐在水压工况下的应力分布,结果

表明罐体自下而上第一至六层壁板受环向应力均较大,轴向应力、径向应力

仅在

第一圈壁板较大,整个罐体最薄弱的环节是底板与壁板连接处,此处受力最

为复

杂,应采取合理措施使应力趋于均匀化。

本文采用试验法研究了大型原油储罐材料的应力腐蚀开裂,主要测定摘要

了材料应力腐蚀开裂的临界应力强度因子和应力腐蚀裂纹扩展速率/,

为大型原油储罐的安全评定和寿命预测提供数据基础。腐蚀环境采用两种:

一种

为实际的原油储罐罐底沉积污水;另一种为硫化氢溶液环境,测定硫离子对

罐体

材料应力腐蚀开裂的影响。结果表明大型原油储罐材料在含氯离子和

硫离子环境中有很高的应力腐蚀开裂敏感性。

本文建立了基于工程评定法的大型储罐用钢材料的失

效评定曲线,,并与通用进行比较,说

明了通用在评定大型储罐安全性中的局限性。

本文计算得到了含缺陷钢制大型储罐的临界裂纹尺寸,并进

行了大型储罐应力腐蚀开裂的寿命预测,为高强钢的大型储罐的安全运行提

供借

答。

关键词:原油储罐钢有限元分析焊接接头应力腐蚀开裂裂纹扩展速

率安全评定寿命预测..

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目录

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摘要..?

第一章绪论.

.引言?一

.课题的工程背景

..大型原油储罐的发展现状

..大型原油储罐应力腐蚀开裂的研究进展

.应力腐蚀试验方法..应力腐蚀开裂概述

..应力腐蚀试验方法

..应力腐蚀裂纹扩展速率与裂纹形貌.安全评定方法及寿命预测简介

..含缺陷压力容器的安全评定方法

..大型原油储罐的寿命预测..

.论文主要研究内容和关键技术

参考文献?”

第二章应力腐蚀