تحلیل المان محدود عمر خزشی تیوبهای فولادی ۹Cr۱Mo بر اساس معادلات اساسی
/ایرج هوشیار
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۶
، راشدی
چاپی
کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی
۱۳۹۶/۱۰/۳۰
تبریز
ارزیابی رفتار خزشی و تخمین عمر باقیمانده قطعات مکانیکی که در شرایط حرارتی بسیار بالا کار میکنند نظیر صنایع فرآیندی، نیروگاهی و پالایشگاهی، با توجه به حساسیت این مراکز و سرمایهگذاریهای کلان این بخشها از اهمیت فراوانی برخوردار است .فولاد ۹Cr۱Mo یکی از مواد پرکاربرد در صنایع نفت و پالایشگاهی است .این فولاد در ساخت تیوبهای مبدلهای حرارتی و کورههای مادر به کار میرود .تیوبهای مذکور در معرض فشار داخلی و دماهای بالا در مدتزمان طولانی قرار دارند .در داخل این تیوبها نیز به سبب عبور مواد نفتی، رسوبهای کربنی تشکیل میگردد که در میزان گرادیان حرارتی تأثیر قابل ملاحظهای دارند .چنین عواملی باعث میشود تا مبحث خزش در این تیوبها مطرح گردد .از سوی دیگر رسوب ایجادشده و جذب کربن توسط تیوب ممکن است باعث تغییر رفتار خزشی گردد .تخمین عمر باقیماندهی این تیوبها در مراکز حساس، موجب برنامهریزی صحیح جهت استفاده بلندمدت و تعمیر و نگهداری و احیانا تعویض تیوبها خواهد شد که در نهایت موجب صرفه جویی در هزینهی جاری مراکز فوق میشود .در این پایاننامه رفتار خزشی فولاد ۹Cr۱Mo به روش حل عددی در نرمافزار المان محدود) آباکوس(، ارزیابی میگردد .بررسی رفتار خزشی این فولاد با استفاده از معادله اساسی خزش بوده و نتایج بهدستآمده نیز برای دو مادهی قدیم) استفادهشده (و مادهی جدید) استفادهنشده (مقایسه میشوند .ضرایب معادلات اساسی خزشی به کمک روشهای بهینهسازی مختلف، بر اساس نتایج تست تجربی خزشی تکمحوره تعیین شدهاند .این نمونهها از فولاد ۹Cr۱Mo جدید و قدیم) استفاده شده در تیوبهای پالایشگاه نفت تبریز (تهیهشده اند .سپس به کمک معادلات اساسی خزشی، مدل المان محدود تیوبهای مورد نظر ایجاد و رفتار خزشی آنها شبیه سازی شده است .ابتدا حل عددی حرارتی برای تیوبهای با میزان رسوب متفاوت انجام و توزیع درجه حرارت در آنها به دست آمده و از این نتایج در حل خزشی استفاده شده و توزیع تنش و کرنش الاستیک و خزشی در حضور گرادیان درجه حرارت برای تیوبهای با میزان رسوب مختلف بهدست آمده است .نتایج نشان میدهد که تیوبهای با مواد جدید در درجه حرارت بالاتر عمر خزشی بیشتری دارند اما در درجه حرارت پایین این اختلاف عمر کمتر میشود .علاوه بر این، مشاهده گردید که تیوبهای بدون رسوب دارای عمر خزشی طولانیتری نسبت به حالت با رسوب دارند .
Studying the creep behavior and estimating the remaining life of mechanical engineering parts, which operate at high temperature in processing industry, power generation and oil refineries, is a major concern due to the importance of these plants and their required investments. 9Cr1Mo alloy steel is one of the most applicable materials in oil refineries. This steel is used in manufacturing the tubes of heat exchangers, which are exposed to high temperature in the main furnaces. Therefore, creep behavior of these tubes should be investigated both experimentally and theoretically. Carbon absorption also changes the creep behavior of the tubes during the operating period, which in turn may reduce the creep lifetime of the tubes. On the other hand, there is a possibility of sediment formation that changes the temperature gradient in tube walls, which leads to different creep behavior. Such information helps the industrial centers to estimate the remaining creep life of the tubes and to schedule the over hall and replacement programs. Therefore, in this thesis the creep behavior of 9Cr1Mo is investigated experimentally using both as received and new materials. Uniaxial creep tests are carried out at different stress and temperature levels. The samples have been machined from the tubes of Tabriz refinery main furnaces. Using the test data, coefficients of creep constitutive equations have been calculated for both materials based on various optimization methods. Then, these equations are introduced in a finite element model to carry out numerical analysis to study the effect of sediment thickness on the creep lifetime of the tubes. The results show that at high temperature, tubes with new material have longer creep lifetime; but at low temperature level, this difference in lifetime reduces. In addition, it has been shown that tube with no sedimentation has longer creep lifetime comparing with the low sediment tubes. However, by increasing the sediment thickness (above 4mm) the creep lifetime increases slightly