毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1．研究背景及意义
蒸汽转化炉又名制氢转化炉，在化工生产中起着至关重要的作用，为化工厂各类需要加氢装置提供氢的来源。常常采用烃类、天然气蒸汽转化法制氢，我国从60年代开始使用这类化工生产设备。当时，引进了英国汉格公司年产十万吨的制氨的成套设备，而其中就包含了起着制氢作用的一段转化炉，而同一时期我国也自主设计并安装了2台双排管侧壁烧嘴型蒸汽转化炉，从此我国对蒸汽转化炉的研究和使用拉开了序幕，期间也多次引进他国先进装置，从而加速化工产业的发展,而随着厂区对氢气需求量的不断增加,制氢技术得以迅速发展。而蒸汽转化炉的工作寿命便成了研究者眼中一个至关重要的话题，我国在60年代末便开始对失效的转化炉炉管进行剖析实验研究，70 年代初, 便掌握了对在役转化炉管的焊接修补技术，并可对炉管破裂失效的主要原因的进行检测分析 ，而随着我国 19 7 6年引进的大氮肥蒸汽转化炉相继投产后,国内加大了对转化炉管剩余寿命的探讨加,，在8 0年代初期，多个机构通力合作，把相关科研部门、生产厂、大专院校的力量集中，剖析研究在役转化管的寿命和检测评定方法，同时广泛开展此方面的国内外学术研究。 1979 年初 , 首次使用超声检测方法解决齐鲁石化公司旗下化肥厂的转化炉管异种钢焊缝的熔合线裂纹的检查技术问题 ， 1 9 8 3年，我国从美 国 C O N A M 公司引进在役转化炉管超声波检验技术 , 1 9 8 6年实现国产化检验 , 以上无损检验技术对竖琴管式的凯洛格炉型的转化管延长服役寿命起到了积极作用。
而随着检测技术的发展，国内外对转化炉失效形式的分析愈发详尽细致，而蠕变失效便是其中至关重要的一项，根据研究，在传统蒸汽转化炉中，炉管热应力集中处一般在换热管上，距集气管与换热管短接口（猪尾管）约2-3m处。在对炉管进行蠕变寿命分析时，常对此段管道进行剖析研究。利用这种方法规律，结合各类检测手段，研究机构、大学院校等均成功的预测国内多个大型转化炉炉管的蠕变寿命，对减少设备维护成本具有很大的意义。但部分工厂在对蒸汽转化炉的长期使用及维护中发现，集气管与换热管间的短接口维护成本较高，因为此处接口一般为猪尾管，形状不规则，需要根据厂区需求，现场进行制造安装，无法批量生产制作。对此，部分生产厂对蒸汽转化器的炉管短接口进行了改造，由猪尾管变为了锥形接口。而应力集中处似乎发生了，多处失效发生在改造后的接口上。本课题针对此现象，进行相关数值模拟，探讨短接口结构对炉管蠕变寿命的影响。
2．蒸汽转化炉短接口
在现代合成氨、制氢、甲醇等工业的一段蒸汽转化炉中,蒸汽转化炉短接口是一个连接进出口总管与炉管间的不可缺少和不可忽视的部件。通常为猪尾状，故被称为猪尾管，猪尾管的作用 , 主要是吸收和补偿由尾管本身以及炉管、 进出口总管在高温下所产生的热变形 , 承受由此产生的热应力。 此外 , 尾管直径与长度选择得当、 管内阻降控制得当的话 , 还能起到使各炉管中气流分布均匀的作用 。 在实际生产使用中, 由于设计和安装中的问题导致尾管的损坏 , 而影响生产的事例并不算少. 因此, 猪尾管的正确设计和安装是很重要的。 目前 , 国内外对于尾管的 设计 、 选 材、 应 力 分析和焊 接 等方 面已经做 了不 少工作 , 积累了许 多经 验 , 为我 们提供 了有 利条件。 但猪尾管在实际的运用中仍存在许多问题，由于形状的不定性和结构的不定性，无法设立专门的设备厂区进行批量生产，也无法如其他管道一般进行预购预产，需在化工厂现场进行制造安装，增加了维护的经济成本和时间成本，故，近期，有工厂将猪尾管短接口改为直通型的锥形短接口，以减少维护所需耗费的时间成本和经济成本。
猪尾管 锥形短接口
3．蠕变
蠕变是指金属等固体材料在外界应力和环境温度的共同作用下，或处于较低或不可逆的塑性变形趋势或永久运动状态下所引起的蠕变。金属材料的蠕变现象的发生通常是受低于其屈服极限的压力作用,应力变量在时间尺度上的累积效应。金属材料蠕变的热冲击过程是一个复杂的过程与时间相关的特点,强调相关性,温度相关性和内部微观结构的多尺度演化当材料接近熔点温度(Tm)时，蠕变现象更加明显。金属材料的蠕变行为通常是随着外应力的增大和温度的升高而发生的，这种变形的累积效应最终会导致材料的断裂失效。金属材料在任何温度下都可能发生蠕变，当比温(T / %， T)≥0.3时，蠕变现象十分明显。因此，对于金属材料，一般研究0.3 ~ 0.8之间的近似比温度的蠕变行为。
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