热交换器用石油专用管技术要求

      合理设计顶头材质—抗磨耐热球石油裂化管的化学成分 ,抗磨耐热石油裂化管的化学成分 针对热轧石油裂化管均整机顶头的工况条件和失效形式 .并通过试验研究该材质的抗氧化性能 ,热疲劳性能和抗磨热性能 ;试验结果表明 ,抗磨耐热球墨铸铁在800℃氧化增重速度为 2.410gm2h,不足 45钢的1/2;该材质顶头的抗磨耐热性能优良 ,顶头寿命达到45钢的4倍。穿孔顶头是石油裂化管生产中消耗量 的关键工具之一石油裂化管的质量好坏,使用寿命的高低,对石油裂化管的质量、生产效率有很大的影响。因此,为了延长顶头的使用寿命,减少不必要的损耗,对顶头进行表面改性,从而提高其表面硬度、耐磨性及抗氧化性。等离子喷涂技术,可以有机的将基体与表面涂层的特点结合起来,发挥两类材料的综合优势,获得理想的复合材料结构。
       因此本论文采用石油裂化管金属陶瓷颗粒作为穿孔顶头的喷涂材料,对喷涂后的顶头进行温度场及应力场的数值模拟。应用ANSYS有限元分析软件对穿孔顶头等离子喷涂及冷却过程进行数值模拟。石油裂化管建立计算模型时,采用沿喷涂方向小逐段前进,厚度方向小逐层叠加来模拟真实的喷涂及沉积过程,得到涂层连续移动的基体和涂层的温度场分布及热应力分布。同时,为了进一步得到优质的复合涂层,计算过程中通过改变基体温度,更换涂层材料,分析比较不同情况下顶头的温度场和应力场分布。结果表明WC作为铝管涂层材料,基体温度为室温30℃时,随着喷涂的进行,热影响区域逐渐增大,模型的不同区域由于热积累喷涂后表面 温度增加。石油裂化管喷涂过程中,喷涂处涂层附近产生较大热应力,喷涂结束,应力逐渐减小。石油裂化管顶头经800冷却至室温时,顶头涂层和涂层周围产生残余应力, 残余应力出现在鼻部与径带连结处的涂层附近。对基体预热至200℃后进行喷涂,喷涂过程中涂层温度明显升高,热应力减小,顶头经1800冷却至室温,残余应力大大减小。Al2O3作为涂层材料,基体温度为室温时,所得温度场及应力场结果与WC作为涂层材料时基本相同。对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对石油裂化管力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,石油裂化管铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。石油裂化管在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。