环氧乙烷反应器材料SA543钢在高温锅炉水中的应力腐蚀试验研究

【摘要】：针对某公司乙二醇装置R-110/R-120环氧乙烷反应器在含Na3PO4锅炉水中出现的应力腐蚀裂纹问题,通过慢应变速率试验和楔形张开加载(WOL)预裂纹试样应力腐蚀试验,研究了SA543钢在含Na3PO4锅炉水和改进后含(NH4)3PO4锅炉水中的应力腐蚀开裂行为,试验结果为环氧乙烷反应器缺陷的安全评定提供了数据支撑。此外,开展了高温条件下楔形张开加载(WOL)预裂纹应力腐蚀试验方法的研究,研制出一套高温WOL试验装置。根据楔形张开加载(WOL)预裂纹试样应力腐蚀试验和慢应变速率试验结果对环氧乙烷反应器的缺陷进行了安全评价。 本文的主要工作和研究结果如下： (1)对SA543钢在含Na3PO4的锅炉水和改进后含(NH4)3PO4的锅炉水进行了应力腐蚀敏感性试验研究,试验结果表明：SA543钢母材在260℃下含Na3PO4的锅炉水环境中应力腐蚀敏感性较大,有应力腐蚀倾向；SA543钢在100℃和260℃下含(NH4)3PO4的锅炉水中的应力腐蚀敏感性基本相同,应力腐蚀敏感性指数均小于25%,没有应力腐蚀倾向,其应力腐蚀裂纹扩展特性也应基本相同；SA543钢焊接接头在250℃下含Na3PO4的锅炉水环境中的应力腐蚀敏感性明显高于其在含(NH4)3PO4的锅炉水环境中的应力腐蚀敏感性,应力腐蚀倾向很明显；在改进后的高温锅炉水中,SA543钢应力腐蚀裂纹萌生和扩展的抗力明显增强。 (2)对SA543钢在含(NH4)3PO4的锅炉水进行了KISCC和da/dt测试试验,试验结果表明：SA543钢在100℃下含(NH4)3PO4的锅炉水环境中不会发生应力腐蚀开裂行为,其应力腐蚀临界强度因子KISCC不小于160.91MPa√m (3)为了提高高温楔形张开加载(WOL)预裂纹应力腐蚀试验结果的准确性和可靠性,研究了高温WOL试验方法和主要需要做的工作,包括高温应变测量标定方法,试验设备设计改造,以及引线密封试验,并研制出一套高温高压楔形张开加载预裂纹应力腐蚀试验装置,该装置能进行最高温度为250℃、最高压力为4.0MPa的WOL试验。 (4)结合SA543钢在改进后的锅炉水环境中的应力腐蚀敏感性试验结果以及KISCC和da/dt测试试验结果,对该环氧乙烷反应器已发现的缺陷进行了安全分析,分析结果表明：带缺陷的环氧乙烷反应器可以在改进的锅炉水环境下继续使用,试验结果为环氧乙烷反应器缺陷的安全评定提供了数据支撑。 【关键词】：SA543 应力腐蚀 锅炉水 慢应变速率试验 WOL试样 环氧乙烷反应器
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ050.91
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 SA543钢在环氧乙烷反应器中的使用简述12-13
• 1.3 环氧乙烷反应器环焊缝开裂原因分析13-19
• 1.3.1 金相观察13-17
• 1.3.2 断口微观形貌观察17
• 1.3.3 断口微区EDS能谱分析17-19
• 1.4 应力腐蚀简述19-21
• 1.4.1 应力腐蚀开裂的机理和特征19-20
• 1.4.2 应力腐蚀试验方法20-21
• 1.5 国内外研究现状21-23
• 1.5.1 高强钢应力腐蚀开裂研究综述21-23
• 1.5.2 SA543钢应力腐蚀开裂研究综述23
• 1.6 研究目的和内容23-25
• 第二章 SA543钢在不同温度锅炉水环境下的应力腐蚀敏感性试验25-37
• 2.1 前言25-27
• 2.1.1 慢应变速率试验法原理25
• 2.1.2 慢应变速率试验法应力腐蚀敏感性表征参量25-27
• 2.2 SA543钢在高温锅炉水中的慢应变速率试验研究27-35
• 2.2.1 材料成分与性能27-28
• 2.2.2 试样制备28-29
• 2.2.3 试验介质及条件29
• 2.2.4 试验装置及试验参数的确定29-30
• 2.2.5 试验步骤及过程30
• 2.2.6 试验结果与分析30-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第三章 SA543钢在锅炉水环境下的K_(ISCC)和da/dt测试试验37-77
• 3.1 前言37
• 3.2 SA543钢在100℃试验温度下的WOL试验37-41
• 3.2.1 试验方法及步骤简述37-38
• 3.2.2 试样制备38-39
• 3.2.3 试验条件与试验过程39-40
• 3.2.4 试验结果40-41
• 3.3 SA543钢焊接接头在250℃试验温度下的WOL试验方法研究41-76
• 3.3.1 高温下应变片载荷测量技术41-55
• 3.3.2 自制法兰盖式高温WOL试验装置设计55-60
• 3.3.3 由现有反应釜改造而成的WOL试验装置60-63
• 3.3.4 引线密封63-65
• 3.3.5 试验测试及记录系统65-68
• 3.3.6 试样制备及预制裂纹附件加工68-71
• 3.3.7 试样加载及附件加工71-74
• 3.3.8 试验结果数据处理方法74-76
• 3.4 本章小结76-77
• 第四章 环氧乙烷反应器缺陷安全分析77-81
• 4.1 环氧乙烷反应器缺陷安全分析讨论77-80
• 4.2 本章小结80-81
• 第五章 结论与展望81-83
• 5.1 结论81-82
• 5.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果88

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