一种确定高温压力管道极限载荷的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种确定高温压力管道极限载荷的方法，属于压力管道在高温环境下 服役的完整性评价技术。
【背景技术】
[0002] 极限载荷是指压力容器与管道能承受的最大载荷，即最大承载能力。目前，研究压 力容器与管道的极限载荷的主要手段有解析分析方法、数值分析方法以及实验分析方法。 极限载荷的确定准则有两倍弹性斜率准则、双切线准则、零曲率准则、两倍弹性变形准则、 三倍S准则、塑性功准则等，其中前三种用法比较普遍。
[0003]目前，成熟的极限载荷理论都针对的是常温下的压力容器与管道，而其在高温下 的极限载荷研究较少，没有明确的极限载荷准则给出。因此，确定压力容器与管道在高温下 的极限载荷，对于其在高温环境下服役的完整性评价技术具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种确定高温压力管道 极限载荷的方法，可以有效确定高温压力管道的极限载荷，为高温压力管道在高温环境中 服役提供安全保障，完善高温完整性评价技术。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种确定高温压力管道极限载荷的方法，包括如下步骤：
[0007] (1)确定高温服役压力管道的材料、服役温度以及服役时间；
[0008] (2)获得该材料在服役温度以及服役时间下的等时应力应变曲线；
[0009] (3)基于等时应力应变曲线，使用有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限 载荷；
[0010] (4)根据有限元计算方法模拟计算得到的结果，将高温压力管道发生2%应变所 对应的应力值定义为高温下该材料能服役相应时间的极限应力，并将极限应力对应的载荷 定义为高温下该材料能服役相应时间的极限载荷。
[0011] 所述等时应力应变曲线可以由蠕变实验获得，亦可以通过标准查得。
[0012] 一般来说，所述服役时间应当大于100小时。
[0013] 所述有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限载荷可以采用ABAQUS软件实 现相关计算。
[0014] 基于该方法，可以将2%应变控制点作为极限载荷判据。
[0015] 有益效果：本发明的确定高温压力管道极限载荷的方法，是一种可简单、方便、快 速确定压力管道在高温环境下服役时的极限载荷的方法，对于其在高温环境下服役的完整 性评价技术具有重要的现实意义。
【附图说明】
[0016] 图1为实施例的等时应力应变曲线；
[0017] 图2为基于等时应力应变曲线的极限应力方法。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019] 一种确定高温压力管道极限载荷的方法，包括如下步骤：
[0020] (1)确定高温服役压力管道的材料、服役温度以及服役时间；
[0021] (2)获得该材料在服役温度以及服役时间下的等时应力应变曲线；
[0022] (3)基于等时应力应变曲线，使用有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限 载荷；
[0023] (4)根据有限元计算方法模拟计算得到的结果，将高温压力管道发生2%应变所 对应的应力值定义为高温下该材料能服役相应时间的极限应力，并将极限应力对应的载荷 定义为高温下该材料能服役相应时间的极限载荷。
[0024] 所述等时应力应变曲线可以由蠕变实验获得，亦可以通过标准查得。
[0025] 一般来说，所述服役时间应当大于100小时。
[0026] 所述有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限载荷可以采用ABAQUS软件实 现相关计算。
[0027] 基于该方法，可以将2%应变控制点作为极限载荷判据。
[0028] 下面以P91钢为例，对本发明做出进一步的说明。
[0029] 一种确定高温压力管道极限载荷的方法，包括如下步骤：
[0030] (1)确定高温服役压力管道的材料、服役温度以及服役时间：
[0031] P91 钢在 600°C下服役 100, 000 小时。
[0032] (2)获得该材料在服役温度以及服役时间下的等时应力应变曲线：
[0033] P91钢的应力应变曲线为：
[0034]
[0035] 其中，。为应力，e为应变，E、K和n为材料常数，e",IniaxS瞬时蠕变应变的最大 值，0为瞬时蠕变损耗率系数，也为第二阶段蠕变速率，t为蠕变时间。
[0036] 得到P91钢的等时应力应变曲线如图1所示。
[0037] (3)基于等时应力应变曲线，使用有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限 载荷：
[0038] 使用有限元软件ABAQUS建立高温压力管道模型，将得到的P91钢的等时应力应变 曲线作为材料参数，模拟计算P91钢高温压力管道的极限载荷。
[0039] (4)根据有限元计算方法模拟计算得到的结果，将高温压力管道发生2%应变所 对应的应力值定义为高温下该材料能服役相应时间的极限应力，并将极限应力对应的载荷 定义为高温下该材料能服役相应时间的极限载荷：
[0040] 将上述有限元计算结果数据导出，做出载荷应变图，将2%应变所对应的载荷确定 为P91钢压力管道在相应温度及相应服役时间下的极限载荷，如图2所示。
[0041] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种确定高温压力管道极限载荷的方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 确定高温服役压力管道的材料、服役温度以及服役时间； (2) 获得该材料在服役温度以及服役时间下的等时应力应变曲线； (3) 基于等时应力应变曲线，使用有限元计算方法模拟计算高温压力管道的极限载 荷； (4) 根据有限元计算方法模拟计算得到的结果，将高温压力管道发生2%应变所对应 的应力值定义为高温下该材料能服役相应时间的极限应力，并将极限应力对应的载荷定义 为高温下该材料能服役相应时间的极限载荷。2. 根据权利要求1所述的确定高温压力管道极限载荷的方法，其特征在于：所述等时 应力应变曲线由蠕变实验获得或通过标准查得。3. 根据权利要求1所述的确定高温压力管道极限载荷的方法，其特征在于：所述服役 时间大于100小时。
【专利摘要】本发明公开了一种确定高温压力管道极限载荷的方法，包括如下步骤：(1)确定高温服役压力管道的材料、服役温度以及服役时间；(2)获得该材料在服役温度及服役时间下的等时应力应变曲线；(3)基于等时应力应变曲线，使用有限元计算软件模拟计算高温压力管道的极限载荷；(4)根据有限元模拟计算结果，将高温压力管道发生2％应变所对应的应力值定义为高温下该材料能服役相应时间的极限应力，并将极限应力对应的载荷定义为高温下该材料能服役相应时间的极限载荷。本发明提供了一种确定高温压力管道极限载荷的方法，使用数值模拟手段，是一种可简单、方便、快速确定压力管道在高温环境下服役时的极限载荷的方法。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105205342
【申请号】CN201510711285
【发明人】李德朗
【申请人】李德朗
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月28日