含缺陷压力管道的应力腐蚀断裂及其安全评定.pdf
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1、第 1 8卷 第 1 期 2 0 0 6年 1月 腐蚀科学 与防护技术 CoRRoS I oN S CI ENCE AND PROTECTI ON TECHNOLOGY Vo 1 1 8 No 1 J a n 2 0 0 6 含缺陷压力管道的应力腐蚀断裂及其安全评定 胡兆吉, 卢黎 明, 邓 腾 , 谢 志刚 南 昌大学 环境科学与工程学院, 南 昌 3 3 0 0 2 9 摘要 : 在严重 的腐蚀介质 中, 压力管道 等含缺 陷构件常常 易于发生应力腐蚀脆性 断裂 本文分 析 了应 力腐蚀环境下 临界应力强度因子 KI s c c 的含 义, 给出了含缺陷构件的应力腐蚀失效判据为 KI KI
2、9 。 c 在实际工 程中, 由于临界应 力强度因子门槛值 KI s c c 均通过 实验方法来获取 , 给评定过程 带来 了一定困难 且不便 于推 广应 用 为 此, 本 文推荐 了一种简要的 KI 9 。 c 工程计算方法。结果表明: 工程计算方法所得计算结果与实验测定结果有较好的吻合, 可用于 压力管道等含缺陷构件的安 全评定 关键词 : 应 力腐蚀 门槛值 ; 含 缺陷压力管道 ; 安全评定 中图分类号 : T G1 7 2 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 6 4 9 5 ( 2 0 0 6 ) 0 1 0 0 7 6 0 3 S TRES S CoRRoS I
3、oN CRACKI NG AND I TS S AFETY AS S ES S M ENT FoR PI PI NG W I TH DEF ECTS HU Z h a o - j i , L U L i mi n g, DENG Te n g , XI E Z h i g a n g S c h o o l o f En v i r o n me n t a l Sci e n c e a n d En g i n e e r i n g, Na n c h a n g Un i v e r s i t y, Na n c h a n g 3 3 0 0 2 9 ABS TRACT: S t
4、r e s s c o r r o s i o n f r a c t u r e s o f t e n o c c u r r e d i n p i p i n g wi t h d e f e c t s i n c o r r o s i v e me d i u m The me a n i n g o f t h e c r i t i c a l s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r( K I s c C )i n o f s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g wa s d i
5、s c u s s e d a n d t h e f a i l u r e c r i t e r i a o f s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g , K I KI s c c wa s a l s o g i v e n Ho we v e r t h e v a l u e o f t h e f a c t o r K i s c c wa s a c q ui r e d b y e x p e r i me nt a l t e s t s ,so i t wa s i n c on v e ni e n t a n d
6、 h a s n o t b e e n wi d e l y u s e d i n e n g i ne e r i n g p r a c t i c e Th e r e f o r e a s i mp l e n u me r i c f o r mu l a o f K I S C C wa s s u g g e s t e d i n t h i s p a p e r Th e r e s u i t s s h o we d t ha t t he s u g g e s t e d v a l u e s K I S C C we r e i n e xc e l l
7、e nt c o r r e s p o n de n c e wi t h t h e e x pe r i me nt v a l u e s a n d wo u l d b e u s e d i n t h e a s s e s s me n t o f s t r u c t u r e s wi t h d e f e c t s l i ke pi pi ng KEY WORDS: c r i t i c a l s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r( KI S C C )o f s t r e s s c o r r o s i
8、 o n c r a c k i n g; p i p i n g wi t h d e f e c t ; s a f e t y a sse s s me nt 通常, 研究含缺陷 金属构件在 静力 、 变力( 包括 周期 ) 载 荷作用下的线弹性 断裂规律及其安全评 定时, 并不考虑 其周 围介质 ( 即工作环境 ) 的影 响, 认为裂 纹构件 在载 荷作用 下, 只要控 制裂纹尖 端的应 力强 度 因子 K 值 小于 材料 的 临界 应力强度因子 Kl ( 即材料 的断裂韧性 ) 值, 也即控 制裂纹尖 端的应 力 小于材料的临界应力 构 件即是安 全的 当构 件处于比较严重 的腐蚀介
9、质 环境 中工 作 时, 即使 Kl Kl c 通 常也会产 生断裂破坏而使构件失效 工程经验和研 究结果 均表 明, 腐蚀介 质环境 的作 用加快 了含缺 陷构件的裂纹 扩展 速度 , 导致构件更早发生应 力腐蚀 断裂 况 且在构 件应 力腐 蚀破坏甚至断裂时, 难 以用 肉眼观察 到构 件损伤 的痕迹 , 更 收稿 日期 : 2 0 0 5 0 7 0 1初稿 ; 2 0 0 5 0 9 1 4修改稿 基金项 g l : 江西省 自然科学基金项 目资助( 0 3 5 0 0 9 ) 作者简介 : 胡兆吉( 1 9 6 2一) , 男, 博士 教授, 主要从事过 程装备 失效 分析及事故预防
10、技 术研究 T e l : 0 7 9 1 8 3 0 4 5 0 8 Ema i l : z h j h u n c u e d u e n 具隐蔽性, 其危险性 更大 在石油化工等典型过 程工业 中服役 的压力管 道等 受压 构件, 大多是在腐蚀性 介质 的环境 中工作 加之 常常伴 随高 温 、 高压等特殊 的生 产工艺条 件和易燃 、 易爆 和有 毒介质 的 工作环境, 使应 力腐蚀 断裂往往成 为该类构 件的主要失效形 式 。 甚 至是 事故频发 的根源 然而 , 在工 程 实际中, 对压力 管 道等受压构件的应力腐蚀 断裂并未给予足够的重视 本 文分 析了腐蚀介 质环境下 的应 力
11、强度 因子 临界值 Kis c c 的含 义, 给出了应力腐蚀的失效判 据, 并推荐 了一种 简要 的 Kls c c 工 程计算方法, 旨在为压力管道等含缺 陷构件的应 力腐 蚀断裂 提供失效安全评定方法和依据 1含缺陷构件的应力腐蚀断裂失效判据 金属构件在一定的拉应 力( 包 括外 应力或 残余应 力 ) 和 一 定的腐蚀介质环境的共同作用下, 因电化学腐蚀而导致金 属构件的快速 断裂和早期脆性破坏称 为应力腐蚀 断裂 I 实 验表 明, 发生应力腐 蚀断裂 必须 的三 要素是 : 作用 于金属 构 维普资讯 http:/ 1期 胡兆吉等 : 含缺陷压力管道的应 力腐蚀断裂及其安全评定 7
12、 7 件上的拉应力、 金属 自身对力腐蚀的敏感性以及能引起该金 属构件应力腐蚀 的介质 当这 三要素 同时存在 时, 金属 构 件 即可能发生应力腐蚀断裂 在线弹性 断裂力学 中, 含裂纹 构件 在静力作 用下 , 构件 断裂与否取决 于裂纹 尖端 的应力 强度 因子 K 值 的大 小 以 中心穿透裂纹的单向拉伸无限大平板为例, 当构件裂纹 由初 始裂纹长度 2 n 。 扩 展为 2 n时 , 在外 加应力 的 作用下 , 其 裂纹尖端 的应 力强度 因子 KI 可 由表 达式 KI = 计算 当 KI Kf C ( KI c 为材 料的临 界应 力强度 因子 ) 时 , 金属构件 是安全的
13、但是 , 当 K。 =KI C 时, 构件快速断裂 相 应地, 构件 所受应力 即达到其 临界应力 值 ; 然而, 将上述含裂纹构 件置 于特定 的腐蚀介 质 中时, 在 相同的受载 条件下, 由于裂纹尖 端的 电化学腐蚀 作用 , 使 裂 纹加速扩展, 致使构件在所受应力 小于其临界应 力 时, 构件即发生应 力腐蚀 断裂 换言之, 腐蚀介质 的存 在, 使金属 构件的承载能 力降低 , 即在无腐蚀介质环境下处于安全 的构 件, 一旦置于特定 的腐蚀介质环境 中, 就不一定再 是安 全的 假设构件裂纹从 原始尺 寸 2 n 。扩展 到临 界尺寸 2 n 所 需的时间为 t , 则通 过实验可
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- 关 键 词:
- 缺陷 压力 管道 应力 腐蚀 断裂 及其 安全 评定
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