1.高压管汇的分析与结论
1)从高压管汇的应力分布规律可见,无论是高压直管、活动弯头、三通管,还是锤击由壬
,应力量级从管内壁到管外壁逐渐降低。应力量级在管内壁最高,因为工作荷载直接作用在管内壁上。
2)高应力区的分布。在高压直管中,高引力区当属管的内壁:在活动弯头中高应力区处在弯头内壁表面;而三通的高应力区则在主管和斜管相交的腋窝处,三通的腋窝处是应力集中区域。这完全与定性分析的结论一致,也符合结构力学性能。
3)超标准应力。从有限元法的计算结果可见,进口三通在工作荷载为100 MPa 作用下,主管和斜管相交腋窝处的应力高达759.633 MPa,实际上,这并非是腋窝处的真实应力。也就是说三通的真实应力达不到这么高。产生这个量级应力的原因是三通的有限元模型所致,有限元模型在三通的腋窝处形成尖点导致应力集中,而实际结构并非是尖点。
4)管道的设计寿命一般可按10~15年考虑,管汇构件的壁厚除了应满足强度要求外,还应包括腐蚀、磨损、制造负偏差等所留余量,其年腐蚀率可取0.1mm。对于所有高压管汇构件按磨损厚度2mm计算其应力,仍然满足正常使用要求。
5)从国产和进口的两种高压管汇材料的实验结果看,高压管汇具有较强的刚度。
6)三通的高应力区位于两管相交的腋窝处。在工作荷载100 MPa 作用下绝大部分管汇的Mises应力在300 MPa 到 370 MPa之间,强度储备偏低。
7)高压管汇使用交变荷载的次数相对偏低,所以不论是用疲劳理论或由裂纹扩展理论得出的分析结果都表明高压管汇的安全使用寿命皆大于20年。
2.高压管汇的建议和展望
1)建立在役管汇的档案,每2~3年进行一次全面得维护和检测,检测的内容包括使用情况、磨损程度、腐蚀和突发事故等。当发现有裂纹时,应与本项研究成果对照,如果裂纹处于安全状态,则构件仍可使用,但应观察裂纹的扩展变化,以便及时诊断问题,保证高压管汇安全可靠工作。
2)本项研究的理论和方法可以推广到石油化工行业的各种类型的高压管汇破损预测中。对于工作压力增大、荷载交变次数增加、意外损伤等诸多因素发生变化时,以及对于本文研究没有涉及的其它类型的高压零件完全可以采用此研究的方法,从而对相应的高压零件作出破损预测。
3)高压管道和管汇的疲劳断裂研究,目前还停留在线弹性阶段,对于裂纹尖端塑性区的计算也都是基于弹性分析基础上,采取相应的修正,得到近似的解答。而且断裂力学的许多公式都是一些经验公式,理论基础尚欠牢固,因此,应将宏、微观断裂力学相结合,从裂纹产生的机理出发,来研究断裂机制,得到比较精确的解答,并将研究成果逐步应用到高压管汇以及其他压力容器的断裂分析上,因此,本文的研究还有待于更深入的发展。