高压聚乙烯反应管自增强残余应力松弛研究

胡波（大庆石化工程有限公司,黑龙江 大庆 163000）

1 高压聚乙烯反应管自增强残余应力松弛的原因分析

高压聚乙烯反应管自增强残余应力松弛的过程是外因和内因共同起作用的结果，其外因是环境温度和动静荷载，而其内因则主要是热力学上的高能量。可能引起高压聚乙烯反应管自增强残余应力松弛的原因有两个：

一是正常生产时自增强残余应力的松弛，高压聚乙烯反应管的设计压力一般是320MPa,设计温度一般为340℃,通常来说，在正常生产的过程中都或多或少地存在一些压力和温度波动,所以会产生材料的疲劳以及低温蠕变效应，这些都在一定程度上引起了残余应力的松弛。然而，因为高压聚乙烯反应管等相关的装置其自动化程度较高,所以相对而言其压力和温度的波动就稍小一些,正因为如此，影响自增强残余应力松弛的最大因素就是稳态平均温度场。

二是开停工时的残余应力松弛。当开停工的时候，高压聚乙烯反应管内的压力以及温度就会快速地发生变化,在服役的时候,虽然多次数的开停工所引起的压力循环变化次数较少，然而它的幅度却很大,所以对自增强残余应力松弛的影响也很大。除此之外，开停工期间的平均温度和温差的作用时间与正常操作时的情况相比完全可以忽略不计。

2 高压聚乙烯反应管自增强残余应力松弛试验分析

2.1 交变内压作用下的松弛试验

2.1.1 试件 试件是厚壁圆筒,长度为500mm,材料是25Cr2MoV钢,它的化学质量分数为C(0.25%)、Cr（1.65%）、Mo（0.30%）、V（0.20%）、Si（0.30%）等,其机械性能为屈服强度为715MPa，极限强度为 821MPa，弹性模量为 21×105，泊松比为0.291，延伸率为19等，自增强处理结果如下所示：

内半径R i/m m 20.09外半径R o/m m 43.14超应变度/%30.9弹塑性交接面半径/m m 27.2自增强处理压力/M Pa 500

2.1.2 试验 本文所进行的松弛试验主要是在液压伺服疲劳试验机上操作的。结合高压聚乙烯反应器开停工的实际压力变化现象,选取试件的交变压力幅Δp=240MPa,其中最大压力为240MPa,最小压力是0MPa；压力循环波形是矩形波；另外，当压力循环时达到了给定的循环次数,就需要截除一段,并用镗削法来对圆筒壁内的残余应力进行测量,这样不断循环进行试验，得到的残余应力测量值如下表所示：

循环次数/M Pa/%0-441100100-419.795.171000-367.183.243000-330.374.906700-330.174.85

2.1.3 结果 不难发现，在交变内压的作用下，高压聚乙烯反应管自增强残余应力出现了十分明显的松弛现象,然而在循环次数超过3000之后,高压聚乙烯反应管自增强残余应力就开始趋于稳定。

2.2 均匀温度场中的松弛试验

2.2.1 试件 此种情况下的试件是两个自增强厚壁圆筒,材料为25Cr2MoV钢,长度是500mm，其外径是86mm,壁厚23mm，自增强压力为515MPa。

2.2.2 试验 首先用镗削法测量圆筒的初始残余应力,接着把剩余的筒体放进加热炉中，使之加热到340℃,继而取出冷却,此时再进行残余应力的测量。与此同时,再把剩余的筒体加热到340℃,这样反复残余应力的松弛试验，可得到如下测量结果：

时间/h 0526100315环向残余应力/M Pa-430.15-361.21-344.58-338.82-318.43残余应力剩余率/%10083.9780.1178.7774.03

2.2.3 结果 以上试验的松弛时间是315h。根据上述试验数据分析，可以推算得知,该圆筒在340℃的均匀温度场中,经过30多个小时的试验后开始进入慢速松弛阶段。

3 结语

在交变内压和均匀温度场这两种作用的影响下，高压聚乙烯反应管自增强残余应力均表现出较为明显的松弛现象,然而，他们之间的松弛趋势也有所不同，在交变内压作用下，残余应力松弛通过3000次循环后就开始趋于稳定，而在均匀温度场的作用下,在松弛时间超过30小时之后，其残余应力便开始进入慢速松弛阶段。

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