[发明专利]一种考虑氢影响的加氢反应器母材蠕变寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种考虑氢影响的加氢反应器母材蠕变寿命预测方法，包括以下步骤：S1：输入加氢反应器母材和内壁堆焊层的几何参数和运行参数；S2、输入氢在母材和第j层堆焊层中的扩散指前因子D0、扩散激活能ED、溶解热ΔHs和常数S0；S3、根据运行温度T计算该温度下氢在母材、第j层堆焊层的扩散系数D和溶解度S；S4、计算在母材与第1层堆焊层界面处的氢压Pb；S5、根据运行温度T时甲烷压力与氢压关系曲线，确定出压力为Pb的氢气在加氢反应器母材中产生的甲烷压力Pm；计算出蠕变空洞总内压PV；S6、建立考虑氢影响的加氢反应器母材蠕变本构模型，计算出加氢反应器母材的蠕变寿命tf。该发明的优点在于：有效确定出高温氢对加氢反应器母材蠕变寿命的影响。

主权项

1.一种考虑氢影响的加氢反应器母材蠕变寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、输入加氢反应器母材和内壁堆焊层的几何参数和运行参数，所述内壁堆焊层为n层，几何参数和运行参数包括母材壁厚tb、第j层堆焊层厚度tcj、运行温度T和运行氢分压P0，其中j＝1,2,…,n；S2、输入氢在母材中的扩散指前因子D0b、扩散激活能EDb、溶解热ΔHsb和常数S0b；输入氢在第j层堆焊层中的扩散指前因子D0cj、扩散激活能EDcj、溶解热ΔHscj和常数S0cj；S3、根据运行温度T，计算该温度下氢在母材、第j层堆焊层的扩散系数和溶解度：式中，R为理想气体常数，Db、Dcj分别表示氢在母材中的扩散系数、第j层堆焊层的扩散系数，Sb、Scj分别表示氢在母材中的溶解度、第j层堆焊层的溶解度，D0b、EDb、ΔHsb、S0b分别表示氢在母材中的扩散指前因子、扩散激活能、溶解热和常数，D0cj、EDcj、ΔHscj、S0cj分别表示氢在第j层堆焊层中的扩散指前因子、扩散激活能、溶解热和常数；S4、根据运行氢分压P0，计算在母材与第1层堆焊层界面处的氢压PbS5、根据运行温度T时甲烷压力与氢压关系曲线，确定出压力大小为Pb的氢气在加氢反应器母材中所产生的甲烷压力Pm；计算出蠕变空洞总内压PVPV＝Pb+Pm  (4)S6、通过引入蠕变空洞总内压PV，建立考虑氢影响的加氢反应器母材蠕变本构模型：式中，A、B、C、h、H^*和K_c为蠕变本构模型的六个材料常数，σ和ε分别为应力水平和蠕变应变，H、φ和ω分别为描述应变硬化、第二相粒子粗化和蠕变损伤演化的状态变量，和分别为蠕变应变速率、H随时间t的变化速率、φ随时间t的变化速率和ω随时间t的变化速率；根据运行温度T，输入式(5)所列蠕变本构模型中六个材料常数A、B、C、h、H^*和K_c的数值和应力水平σ的数值；对式(5)所列蠕变本构模型进行积分，当ω＝1时，即得在运行温度T和应力水平σ下，加氢反应器母材的蠕变寿命t_f。