[发明专利]基于L-M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法

摘要

本发明提供一种基于L‑M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法，属于无损评价技术领域。本发明针对炉管的实际服役工况，采用金相解剖和数值模拟方法确定该炉管渗碳过程的演变规律，利用高温短时加速蠕变试验所得数据，构建Larson‑Miller曲线方程；根据拟合曲线方程和炉管承受的主应力，通过方程变换，得到炉管有效壁厚与剩余寿命的关系曲线；测量炉管的有效壁厚，利用已得到的关系曲线对乙烯裂解炉管剩余寿命进行评估。本发明在综合考虑炉管实际服役状况的基础上，采用实验的方法取得基础数据，进而得到炉管有效壁厚‑剩余寿命关系曲线，依据此曲线进行炉管剩余寿命的外推评估，具有较高的准确性。

主权项

1.一种基于L‑M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法，其特征在于，所述的寿命评估方法针对炉管的实际服役工况，采用金相解剖和数值模拟方法确定该炉管渗碳过程的演变规律，利用高温短时加速蠕变试验所得数据，构建Larson‑Miller曲线方程，通过方程变换，得到炉管有效壁厚与剩余寿命的关系曲线，再利用该曲线对乙烯裂解炉管剩余寿命进行评估；具体包括以下步骤：1)金相解剖观察对服役炉管进行切割、磨削、抛光、腐蚀处理后，观察炉管截面的渗碳程度；2)金相组织观察在渗碳区、过渡区和非渗碳区各选取一点进行金相组织观察，对步骤1)的结果进行验证；3)炉管截面碳含量测试分析选取一个渗碳程度较为均匀的管段，采用逐层剥离的方法进行切削，对粉末试样进行碳含量分析，得到炉管壁厚截面碳含量分布曲线，对步骤1)、2)的结果进行验证，并准确界定渗碳区范围；4)高温短时加速蠕变持久性能试验为保证剩余寿命预测结果的可靠性，进行炉管材料高温蠕变持久性能试验，得到持久试验数据；5)选择Larson‑Miller参考曲线及拟合持久试验数据P＝T(C+lgt_r)                   (4)式中：P‑Larson‑Miller参数，是与应力有关的函数；T‑绝对温度，K；C‑与材料有关的常数；t_r‑断裂时间，h；根据公式(4)作出服役炉管的Larson‑Miller曲线，并根据服役炉管的材料特性和步骤1)、步骤2)、步骤3)的结果，选择已有的与实际服役炉管材料性能相近的Larson‑Miller曲线作为参考，确定Larson‑Miller曲线参数值，并根据参考曲线对步骤4)取得的持久试验数据进行拟合；6)得到有效壁厚‑剩余寿命曲线Larson‑Miller曲线拟合方程形式为：y＝A₀+A₁x²+A₂x²+A₃x³+A₄x⁴         (5)其中，y为炉管所受主应力值的对数，即y＝lgσ；A₀、A₁、A₂、A₃、A₄分别为与应力和材料有关的常数；x为Larson‑Miller参数P；炉管的有效壁厚随着炉管服役时间的增加而减小，将导致炉管承受的应力增加，对应的Larson‑Miller参数P值减小；根据下列方程组制作有效壁厚和炉管剩余寿命之间的关系曲线，即w‑t_r曲线：式中：w‑有效壁厚，mm；P₀‑炉管设计压力，MPa；d‑炉管外径，mm；σ‑炉管所受主应力，MPa；；7)剩余寿命评估采用无损检测方法或金相解剖方法确定裂解炉管的渗碳层厚度，推算炉管的有效壁厚w值，在w‑t_r曲线上找到相应的w值，即可评估炉管的剩余寿命。