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本文主要针对扬子石化烯烃厂服役了10万小时的SS主蒸汽管线进行研究,通过对管道材料STPA23的微观组织检查、高温短时拉伸和蠕变试验,分析管道材料损伤累积程度和力学性能退化情况;并采用有限元软件ABAQUS对SS管线进行热应力和蠕变分析,获得该管线服役过程的应力分布。在编制管单元损伤有限元分析子程序的基础上,对SS管线进行损伤分析,找出了损伤最严重的部位;最后通过建立管道材料服役10万小时和20万小时的高温失效评定线,对含缺陷的管道进行了高温结构完整性评定。本文的主要研究内容和结论如下:(1)通过微观组织检查,研究了管道材料微观组织在长期服役之后损伤的累积程度。结果表明长期服役后管道材料的微观组织基本正常,为铁素体和珠光体组织,晶间和晶界上有弥散的碳化物析出,珠光体球化情况并不严重,介于轻度和中度之间。管道外壁微观组织的劣化程度略比内壁组织严重些,但差别不大,符合高温主蒸汽管线损伤规律。(2)管道材料高温短时拉伸试验结果表明,服役10万小时的STPA23钢的力学性能有所下降,但仍具有较高的强度,尚有富裕的承载能力。服役20万小时的材料其力学性能会进一步下降,表明随着服役时间增长材料内部损伤会不断累积,导致材料力学性能不断退化。(3)通过高温蠕变试验得到材料在服役温度下的的蠕变曲线,得到了服役温度下蠕变和断裂的材料参数。采用有限元分析软件ABAQUS,对SS主蒸汽管线进行了热应力和蠕变分析,结果表明该管线在升温阶段和长期服役过程中,应力集中均发生在支吊架、弯管和异径管处,因此在实际操作中应对这些部位重点监控。管线变形主要是由于热膨胀和支吊架载荷引起,服役中应定期对支吊架进行检查,并防止超温运行。管线的蠕变应变也在规定范围之内,设计寿命期间不会发生蠕变失效。(4)通过编制计算管单元蠕变损伤的子程序UMAT,实现蠕变损伤本构方程与ABAQUS软件的耦合,并通过一个简单算例对子程序的正确性进行了验证。在此基础上,进一步对SS主蒸汽管线的蠕变损伤进行分析,找出了损伤最严重的部位,