【word】 加氢反应器焊缝步冷试验数据优化方法探讨

【word】 加氢反应器焊缝步冷试验数据优化探讨 加氢反应器焊缝步冷试验数据优化方法探 讨 . 生产应用r蜉掳 加氢反应器焊缝步冷试验数据优化方法探讨 中国石油天然气第七建设公司(青岛市266300)李梦贤孔凡富陈乃珍张立东李新宇 摘要加氢反应器是炼化装置中的核心设备之一,现均为热壁加氢反应器,其工作环境特殊,因而多采用 2.25Cr一1Mo,2.25Cr一1Mo一0.25V,3Cr—lblo等材质.由于Cr—Mo钢在回火时会产生脆化现象,制造时对回火脆 化倾向性评定试验要求较高.而焊缝试验数据受客观因素影响较大,离散度难以控制.文中通过使用Bohzmann 函数作为数学模型,应用计算机编程拟合加氢反应器焊缝回火脆性曲线,探讨焊缝步冷试验数据的优化方法.通 过优化处理步冷试验数据,使得到的回火脆性曲线更为科学. 关键词:加氢反应器回火脆性离散点数据优化 中图分类号:TG457.6 0前言 加氢反应器是炼化装置中的核心设备之一,材料 多选用2.25Cr一1Mo,2.25Cr一1Mo一0.25V,3Cr一1Mo 等材质,易发生回火脆化,韧性降低.通过绘制回火脆 性曲线,用一定冲击吸收能量下的转变温度可以定量 评价其回火脆化的程度.在已发表的文献中,更多侧 重于选择何种函数作为数学模型拟合回火脆性曲线, 对于如何处理步冷试验数据论述较少,缺少一种科学, 有效的方法.在步冷试验中,钢板原材料和锻件因材 质均匀,试验结果一般较为理想,而焊缝试样因冲击试 样尺寸偏差?J,试验环境温度等影响会导致数据有较 大的离散性,随机性,难以精确控制J.直接使用这些 数据拟合回火脆性曲线,得到的结果偏差较大,甚至拟 合出的曲线背离其物理意义.因此,文中提出一种新 的方法优化加氢反应器焊缝步冷试验的数据,在此基 础上拟合回火脆性曲线,在实际应用中取得了较好的 效果. 1步冷试验数据优化的必要性 1.1回火脆性曲线 6回火脆性曲线表示冲击功与温度之间的关系. 曲线形状基本呈S形(图1),可以分为下平台区, 温度转变区,上平台区三部分.回火脆性曲线单调递 增,曲线上无拐点J. 1.2优化前步冷试验数据分析 收稿日期:2010—11—04 皿硼 耀 伯 量 温度? 图1冲击吸收能量与温度曲线 根据API934一A_4规定,对各组试样进行8个温 度下的冲击试验,以材质2.25Cr一1Mo为例,每个温度 测定3个冲击能量值.冲击试验存在多种干扰因 素…,会导致试验数据具有较大的离散性(表1),其散 点图如图2所示. 通过对试件的焊接质量及冲击试验中各干扰因素 进行控制,可以得到离散度较小的冲击试验数据.其 散点图的分布往往具有很强的规律性,表现出一种变 化的趋势,如图3所示.可以对这些数据进行统计处 理和回归分析,选择合适的函数作为数学模型,编制计 算机程序进行拟合,从而得到较为科学的回火脆性曲 线. 1.3步冷试验数据优化的必要性 经步冷试验得到的数据中,往往会出现以下几类 问题: 2011年第6期59 表1离散度较大的步冷试验数据 温度/?冲击吸收能量KV/J 血l 耀 相 量 衄1 勰 _}}了 量 0 — 80—400 温度? 图2离散度较大数据的散点图 - 120—90—6o 温度? 图3离散度较小数据的散点图 (1)低温时得到的冲击吸收能量大于高温时的冲 击吸收能量值,即得到的回火脆性曲线出现拐点,这种 情况称为单调性错误. (2)同一试验温度下的数据,部分数据偏离总体 算术平均值较大,称为离群点.离群点导致回火脆性 602011年第6期 曲线的拟合产生较大的误差. (3)同一温度下的试验数据整体离散型较大,数 据分散. (4)在实际操作中,由试验数据拟合出的回火脆 性曲线上最小冲击吸收能量可能大于55J,从而无法 得到相应的转变温度. 因此,必须采取新的方法对步冷试验数据进行优 化,使步冷试验数据符合物理意义,无单调性逆转的情 况.同时减小步冷试验数据的离散度,提高回火脆性 曲线拟合的科学性. 2步冷试验数据的优化方法 2.1显着性检验 根据GBT4883J,使用格拉布斯(Grubbs)检验法 的双侧情形分别对每一个温度下的一组试验数据进行 显着性检验.具体步骤如下:?分别计算出统计量和 G值;?确定检出水平0,在格拉布斯检验的临界值表 中查出临界值G一(/7,);?当G>G且G> G一 ()时,判定fn1为离群值;当G>G且G> G.一 (n),判定…为离群值,否则判定为未发现离群 值;当Gn=Gn时,应重新考虑限定检出离群值的个数. 2.2离群点处理 2.2.1一个离群点 此种情况一般应当剔除离群点,只保留离散型较 好的数据子集用于回火脆性曲线的拟合.在步冷试验 中,各温度下采集的试验数据样本较小,需使用步冷试 验数据的物理意义对显着性检验的结果进行复验.即 在删除离群点前,需判断删除该离群点是否会导致局 部回火脆性曲线出现单调性逆转的问题.若产生了这 类问题,则该离群点不能删除,并应当在曲线拟合的过 程中适当地提高该点的权值,以提高该点在曲线拟合 过程中的贡献. 2.2.2两个离群点 此种情况可以判定该组数据离散型较大,无离散 型较好的数据子集,应当将该组数据全部代人拟合过 程.代入拟合过程前,需对其进行优化处理.根据该 组中三个数据相对于它们的算术平均值的离散程度计 算其各自的权值,确定其对曲线拟合的贡献,在曲线拟 合中采用加权拟合的方法提高拟合的精确度. 2.3数学模型的选择 回火脆性曲线的拟合需要选择合适的函数作为数 学模型,数学模型要符合回火脆性曲线的物理意义,满 足以下两个条件:函数曲线的形状基本为s形,能表现 4398 869912 )6681l22 ,,,,,, ,2756OO ; 8595l91 ,1,12l2 9舳318687 舳??m00一一一一一(23 回火脆性曲线的下平台区,温度转变区,上平台区三部 分;函数单调递增,无拐点存在. 经查阅文献,在回火脆性曲线拟合中多使用多项 式函数,B样条函数,Boltzmann函数作为数学模型.综 合考虑曲线拟合精度与计算机编程难度等因素,确定 采用Bohzmann函数作为数学模型. 2.4数据对比分析 选取Boltzmann函数,3次多项式,5次多项式三种 数学模型分别对同一组步冷试验数据进行拟合,对比 不同的拟合函数对韧脆温度转变曲线的适应性(图 4),Boltzmann函数拟合曲线优势明显. 硇I 避 擎 斗}了 量 删16o 避 8O 斗}| 量 0 咖 柑 量 温度,? (a) O 温度,? (b) O 一 80—|oO 温度,? (c) 图4回火脆性曲线拟合效果图 俘掳 以中国石油天然气第七建设公司一组焊缝试样冲 击试验的典型数据为例(表2),对比数据处理前后的 拟合曲线(图5).结果表明,优化后的拟合曲线单调 性更具物理意义.与国内某着名公司的拟合结果进行 对比(图6),所得脆性转变温度基本相同. 表2步冷试验数据 温度(?)冲击吸收能量KV/J 210 140 啦! 70 相 量 O 咖 温 相 量 温度? (a)优化前拟合曲线 一 80—400 温度? (b)优化后拟合曲线 图5数据优化处理前后拟合曲线对比 [下核的”考委会”的主要问题 历次监督审查中未通过审核的”考委会”主要问题 可归纳为以下几个方面: (1)领导不够重视,”考委会”人员责任心不强,工 作不认真,未执行各项管理. (2)对执行法规,的严肃性,准确性,及时性 缺乏足够的认识,考试工作和各类试验检验未按”新考 规”,标准要求进行. (3)对焊接工艺评定,焊接工艺指导书的标准,要 求,目的及其与焊工考试的关系认识不清. (4)资源配置未满足”新考规”的主要要求. (5)自行要求放弃”考委会”资格. 4结论 要贯彻落实”新考规”,搞好锅炉压力容器压力管 道焊工考试和监督管理工作,首先要有一个高效自律 的”考委会”.”考委会”必须配备责任心强,具备扎实 的专业知识,丰富经验的焊接工程师和高质量的焊工 技能教师,必须配备责任心强,工作负责的工作人员, 必须建立和健全符合”新考规”的行之有效的管理制 度,并配备相应的硬件和软件.同时,必须要有一个合 理有效的监管体系,促进”考委会”工作符合”新考规” 的要求. 作者简介:曹志明,1965年出生,1988年毕业于上海交大焊接 专业,国际焊接工程师,高级工程师.长期从事压 力容器焊接技术,质量保证,工作,特种设备科 研及咨询审查工作,曾任上海电气(集团)总公司 项目科技带头人.研究方向为承压设备,材料,焊 接技术及焊接安全工程,发表论文10篇. [上接第61页] 咖 避 量 删 箍 稍 量 一 120—90—6O一 温度? (a)中国石油天然气第七建设公司拟合结果 温度? (b)国内某着名锻件公司的拟合结果 图6拟合曲线对比 662011年第6期 3结语 使用Bohzmann函数作为拟合回火脆性曲线的数 学模型,利用C语言编制计算机程序可以有效的对步 冷试验数据进行优化和拟合,使回火脆性曲线更具科 学性,在生产中实用性更强. 参考文献 [1]张增杰,吴红,马艳菊,等.金属夏比缺口(V型)室温冲 击试验检测结果不确定度的评定[J].中国测试技术, 2006(6):44—45. [2]贾国刚,寿比南.加氢反应器步冷试验数据处理方法研究 [J].压力容器,2002,31(3):4—6. [3]GB/T229--1994,金属夏比缺口冲击试验方法[s]. [4]API934一A,MaterialsandFabricationof2.25Cr—IMo,2. 25Cr一1Mo一0.25V.3Cr一1Mo,and3Cr一1Mo一0.25V temperature. SteelHeavyWallPressureVesselsforHigh— High—pressureHydrogenService. [5]GB/T4883—2008,数据的统计处理和解释一正态样本离 群值的判断和处理[s]. [6]翟瑞彩,谢伟松.数值分析[M].天津:天津大学出版社, 2O0o. 作者简介:李梦贤,1973年出生,1998年毕业于承德石油高等 专科学校,工程师,长期从事焊接技术管理工作,发 表论文7篇.