超高压管式反应器是生产低密度聚乙烯的关键设备,在加工及使用过程中,不可避免地会产生损伤和缺陷。并且其长期在高温、高压和腐蚀的工作条件下运行,损伤及缺陷的影响会逐渐扩大,一旦发生疲劳失效,将会造成灾难性的事故。我国有多套超高压聚乙烯装置已运行多年,处于设计寿命的中后期,开展对含缺陷超高压管式反应器的疲劳特性研究,保证其能长期、稳定地安全运行,具有十分重要的工程实际意义。本文以某石化企业服役多年的超高压管式反应器为研究对象,对其进行了理论分析及公式推导、基础试验和自增强试验等相关研究,结合超高压容器标准,对外壁存在缺陷的情况进行了疲劳特性理论计算、有限元模拟及影响因素分析。主要内容如下:(1)对超高压管式反应器进行了疲劳失效分析及断裂力学分析,掌握了断裂力学参数计算方法。并基于双线性强化模型对超高压管式反应器进行了应力分析,推导出了最佳自增强压力计算公式、残余应力计算公式以及不同工况下三向应力计算公式等,分析了应力分布规律。(2)对超高压管式反应器进行了基础试验及自增强试验,并对自增强处理过程进行了监测和分析,得到了外壁的残余应力分布,与理论计算结果相比,误差范围为2.3%-8.2%。应用超高压容器标准断裂力学法对外壁含缺陷的超高压管式反应器进行了理论计算分析,结果表明与未经自增强处理相比,经634MPa、665MPa和690MPa自增强处理后,疲劳裂纹扩展寿命分别提高了7.06倍、7.47倍和7.91倍。(3)应用ANSYS软件建立了含外壁缺陷的超高压管式反应器模型,分析了不同工况下缺陷附近处的应力分布规律,并结合Fracture Tool和Fatigue Tool对疲劳裂纹应力强度因子和疲劳裂纹扩展寿命进行了有限元分析。结果表明与未经自增强处理相比,经634MPa、665MPa和690MPa自增强处理后,应力强度因子变化量分别降低了30.8%、31.2%和31.6%,其疲劳裂纹扩展寿命分别提高了6.98倍、7.41倍和7.86倍,与理论计算结果相比,误差范围3.18%-4.16%,说明有限元模拟是准确可行的。(4)建立不同尺寸的外壁裂纹,进行有限元模拟和理论计算,通过图、表等数据分析。结果表明,裂纹尺寸的增加及椭圆率的减小,均会造成应力强度因子的增加和疲劳裂纹扩展寿命的降低;且当裂纹长度达到一定量时(如2c=4.5mm),深度达到一定量时(如a=2mm),应力强度因子变化量增加的趋势和疲劳裂纹扩展寿命降低的趋势会加剧。并对其他影响疲劳特性的外部因素进行了简要分析,提出了相关对策措施。本文对外壁含缺陷自增强超高压管式反应器疲劳特性的研究,可以为此类超高压容器的安全运行及安全评定提供支持,具有一定的学术价值和工程应用价值。