一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法与流程

本发明属于压力容器监测评估，具体涉及一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法。

背景技术：

1、高温承压设备广泛应用于石油化工行业中，其失效后果往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失。然而，高温承压设备在设计时不能将服役工况完全考虑，导致其使用寿命和设计寿命存在较大偏差，因此有必要开展高温承压设备监测技术研究。

2、鉴于高温工况，专利cn103363919a采用定焦距相机，基于白光散斑开发了非接触式压力容器蠕变监测手段，然而对于带有保温层的部位不能有效监测。

3、对于接触式监测手段，专利cn112344870a发明了一种带温度补偿的耐高温fbg应变传感器。发明专利cn102997041b涉及一种高温压力管道结构损伤在线监测装置，采用焊接式高温应变计并计算损伤因子来反映设备状态。发明专利cn114543891a，发明了一种基于多失效模式的焦炭塔结构健康监测系统及方法，采用粘贴式高温应变片对其应力状态变换进行实时监测。发明专利cn114881262a针对高温管道，安装高温应变监测装置，测量管道的应力，分析管件及连接设备的受力情况，动态监测管道变化情况。

4、在寿命评估方面，专利cn109870295a记录并分析大量的温度和压力数据，结合大小修正金属检测数据和显微组织检测结果，通过计算机内预制的算法，实现蠕变-疲劳寿命评估。

5、将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。应变片品种多、可以给客户在不同的测量场合，提供完善应变测量选择，主要有:普通、低温、高温、超高温防水、复合材料、混凝土、焊接式、焊接防水、半导体、测残余应力等，测量温度范围广，为-269℃～800℃，应用越来越普及。

6、现有技术采用的方法都比较复杂，不能全部有效进行持续监测，即使采用高温应变的方式计算损伤因子来反映设备状态，结果并不是很准确，因此，对于高温承压设备内部应变工况下难以有效监测及进行疲劳寿命评估。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是提供一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，通过粘贴式高温应变片，并明确粘贴工艺，实现结构的高温损伤监测，然后通过高温应变片监测数据，并结合材料在设备服役状态下加速劣化实验结果，实现设备的高温状态下疲劳寿命评估。采用的技术方案为：

2、一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，包括以下步骤，

3、(1)建立等比例有限元仿真模型，计算应力危险部位；

4、(2)在应力危险部位粘贴应变片；

5、(3)材料真实应变计算；

6、(4)根据材料的服役温度和服役载荷，开展实验室条件下的加速劣化实验，进行高温疲劳性能测试，获得高温疲劳性能数据；

7、(5)精确计算应力危险部位应变及应力；

8、(6)根据步骤(4)、(5)的结果，对设备进行疲劳损失及剩余寿命评估。

9、作为进一步的优选，所述步骤(1)中，采用solidworks建立1:1结构模型，导入abaqus仿真计算软件计算设备应力危险部位。

10、作为进一步的优选，模型选用热弹塑性模型，利用网格进行细化分析，通过abaqus仿真计算软件获得设备的温度场分布和应力场分布结果，应力和应变变化大的部位即为应力危险部位。

11、作为进一步的优选，所述步骤(2)中，粘贴应变片时，需对应力危险部位进行表面预处理。

12、作为进一步的优选，所述表面预处理的方法为，采用千叶片砂轮机打磨被测面，除去表面锈层，然后采用240目砂纸呈90°方向打磨，直至表面呈现磨砂状；

13、在应力危险部位涂覆一层高温胶水，采用热风枪进行固化；

14、将应变片放置在已固化后的高温胶水上，采用高温胶水涂覆应变片背面和周围区域，继续采用热风枪固化，完全固化后涂覆高温防护胶。

15、作为进一步的优选，所述热风枪固化温度大于设备使用时温度，每次固化时间为5-6小时。

16、作为进一步的优选，所述步骤(2)中，粘贴好应变片后，将应变片引线与数据线连接至数据采集仪，采集仪将信号电阻变化值转变为应变值。

17、作为进一步的优选，所述步骤(3)中，根据应变片所用材料，采用热膨胀仪开展实验室条件下应变片栅丝材料不同温度下的热输出性能测试，热输出关系为：

18、εt＝43.16·t-467；

19、式中，εt为热输出；

20、t为温度，单位℃；

21、在应变片粘贴点焊接热电偶，实时记录待测点的温度变化情况；

22、设备稳定状态下的应变值减去对应温度下的热输出，即为设备的真实应变值。

23、作为进一步的优选，所述步骤(4)中，高温疲劳性能测试通过在mts疲劳试验机上开展加速疲劳实验，获得材料及应变危险部位的疲劳s-n曲线，公式为：

24、sa＝159·n-0.07；

25、其中，sa为应力范围；

26、n为循环周数。

27、作为进一步的优选，所述步骤(5)中，精确计算应力危险部位应变及应力，应变片测的总应变，减去热输出，再减去热应变，即为焙烧炉在高温工况下由于压力载荷产生的机械应变。

28、公式sa＝159·n-0.07中，sa可精确计算得到，因此可根据s-n曲线，计算得到循环周数。通过循环周数可得到使用年限。

29、与现有技术相比，本发明有益之处在于：

30、本发明选择应变片粘贴点时，采用有限元仿真模型计算，在应力应变危险部位进行粘贴，更有针对性，更节省；

31、本发明通过粘贴式应变片，并明确粘贴工艺，实现结构的高温损伤监测，并通过高温粘贴，可以使得应变片更好的与设备本身贴合，耐久性更好，避免焊接式应变片焊接工艺不合理导致局部残余应力产生；

32、本发明通过应变片监测数据，并结合材料在设备服役状态下加速劣化实验结果，实现设备的高温状态下疲劳寿命评估；

33、本发明通过针对高温承压设备开展状态监测，进一步保障设备运行过程中安全运行，可主要应用于大型石油化工关键设备中，服役工况处于高温带压运行。

1.一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用solidworks建立1:1结构模型，导入abaqus仿真计算软件计算设备应力危险部位。

3.根据权利要求2所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，模型选用热弹塑性模型，利用网格进行细化分析，通过abaqus仿真计算软件获得设备的温度场分布和应力场分布结果，应力和应变变化大的部位及为应力危险部位。

4.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，粘贴应变片时，需对应力危险部位进行表面预处理。

5.根据权利要求4所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述表面预处理的方法为，采用千叶片砂轮机打磨被测面，除去表面锈层，然后采用240目砂纸呈90°方向打磨，直至表面呈现磨砂状；

6.根据权利要求5所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述热风枪固化温度大于设备使用时温度，每次固化时间为5-6小时。

7.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，粘贴好应变片后，将应变片引线与数据线连接至数据采集仪，采集仪将信号电阻变化值转变为应变值。

8.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中，真实应变计算的方法为：

9.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中，高温疲劳性能测试通过在mts疲劳试验机上开展加速疲劳实验，获得材料及应变危险部位的疲劳s-n曲线，公式为：

10.根据权利要求1所述的一种高温承压设备应变监测及疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(5)中，精确计算应力危险部位应变及应力，应变片测的总应变，减去热输出，再减去热应变，即为焙烧炉在高温工况下由于压力载荷产生的机械应变。