【摘 要】
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石油化工企业中所用的加氢反应器由于在高温、高压、临氢环境下运行。其堆焊层会产生氢致裂纹。一旦裂纹扩展至反应器母材,就可能导致重大的事故和损失。国内外已有多起关于加
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石油化工企业中所用的加氢反应器由于在高温、高压、临氢环境下运行。其堆焊层会产生氢致裂纹。一旦裂纹扩展至反应器母材,就可能导致重大的事故和损失。国内外已有多起关于加氢反应器重大事故的报道,本论文针对这种情况,研究了加氢反应器堆焊层裂纹扩展的规律性,同时采用电化学方法研究了氢对加氢反应器材质的影响。这一系列的研究工作对加氢反应器的安全运行、预防重大事故的产生有着非常积极的意义。
本文关于堆焊层裂纹扩展方向性的研究,主要是采用三点弯曲法进行“氢致裂纹扩展实验”,结果表明,预载荷条件下的试样在充氢后裂纹会穿过熔合区扩展至母材区域。采用能谱分析方法对服役10万小时后实验材料的化学成分进行了测试,表明有害元素过高会提高材料回火脆性,另外发现试样中存在碳迁移现象。研究了加氢反应器材质的电化学性能,用电化学方法测试了几种不同试样的开路电位一时间曲线和极化曲线。开路电位的测试结果表明:不锈钢的自腐蚀电位较母材的自腐蚀电位高,从而当堆焊层裂纹扩展至母材的时候,母材会发生加速腐蚀。另外氢会通过影响材料表面钝化膜的稳定性使材料的自腐蚀电位降低。极化曲线的测试结果表明:充氢后试样的钝化-电流密度增加,氢的存在明显降低了材料的耐腐蚀性能。通过ABAQUS软件对加氢反应器材料中的氢扩散过程进行了有限元模拟,结果表明:裂纹尖端部位氢浓度最高,并且该处的氢浓度值随温度的升高而下降。
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