奥氏体不锈钢应变强化螺柱的扩展应用.pdf

收稿日期:.作者简介:郭雪华,男,年毕业于大连理工大学化工过程设备专业,工学硕士,主要从事石油化工设备的设计工作,正高级工程师,已发表论文篇.E m a i l:g u o x hs e i c o mc n.奥氏体不锈钢应变强化螺柱的扩展应用郭雪华,许蕾,崔民红(中国石化工程建设有限公司,北京 ;山东美陵化工设备股份有限公司,山东 淄博 )摘要:文章对比分析了国内标准及A S ME规范对奥氏体不锈钢应变强化螺柱的规定.当国内标准不能满足实际设计需求时,可扩展不锈钢应变强化螺柱的材料类型、公称直径和适用温度.针对G B/T 未规定奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力取值方法的现状,文章根据此类螺柱的金相和力学特征,提供了解决问题的方法并推荐了许用应力取值.通过奥氏体不锈钢螺柱的室温和高温拉伸试验印证了应变强化的效果,并为国标中扩展奥氏体不锈钢应变强化螺柱的应用提供了借鉴.关键词:奥氏体不锈钢螺柱固溶应变强化高温拉伸许用应力d o i:/j i s s n 奥氏体不锈钢螺柱经常作为承压法兰连接结构的紧固件,尤其是当容器设计温度低于 时,更是成为了主要的螺柱选材.螺柱一旦失效,将严重影响法兰的密封性能和设备的本质安全.仅做固溶处理的奥氏体不锈钢螺柱强度较低,如G B/T (以 下 简 称G B/T )【】中规定S 和S 在室温下的屈服强度Rp 仅为 MP a.将奥氏体不锈钢螺柱进行应变强化处理是提高螺柱强度的有效措施,并可明显改善法兰的密封效果.但目前G B/T 中,奥氏体不锈钢应变强化螺柱的应用范围很窄,如何在国标框架下扩展此类螺柱的应用范围并提供确定许用应力的准则,是工程中迫切需要解决的问题.国内标准对奥氏体不锈钢应变强化螺柱的规定H G/T 规定,紧固件 C r N i M o()和 C r N i()为低强度螺柱【】;HG/T 中第条规定“低强度紧固件仅用于公称压力小于或等于C l a s s 、采用非金属平垫片的法兰接头,不应使用于剧烈循环的工况”,且在该标准的表 中指出,缠绕垫仅可匹配中、高强度螺柱【】.G B/T 仅规定了S 不锈钢应变强化螺柱在设计温度不超过、螺柱规格不大于M 时的强度指标,即材料标准抗拉强度下限值(Rm,以下简称抗拉强度)、室温屈服强度(Rp,以下简称屈服强度)和断后伸长率,如表所示.表限制的应用范围很窄,不能满足实际工程中对不锈钢螺柱的需求.表G B/T 对应变强化处理的螺柱用钢要求钢号螺柱规格/mm抗拉强度/MP a屈服强度/MP aS M M M 钢号断后伸长率,的许用应力/MP aS A S ME规范对奥氏体不锈钢应变强化螺柱的规定A S M EB P V C I I (以下简称A S M E)【】在S A /S A M中规定了高温用合金钢不锈钢螺柱的材料性能,在S A /S A M中规定了低温用合金钢和奥氏体不锈钢螺柱的性能.静设备石 油化工设备技术,()P e t r o c h e m i c a lE q u i p m e n tT e c h n o l o g y本文以常用的 、奥氏体不锈钢螺柱做为研究对象.因为G B/T (以下简称G B/T )【】对奥氏体不锈钢 、螺柱的化学成分的规定与A S ME【】中对S A /S A B 和S A /S A B M化学成分的规定是一致的,因此 可 以 认 为S 与S A /S A B、S 与S A /S A B M材料类似.S A /S A M和S A /S A M中C l a s s 对应仅做固溶处理的不锈钢螺柱,C l a s s 对应固 溶应 变 强 化 的 不 锈 钢 螺 柱.表为S A B 经过应变强化处理的不锈钢螺柱和未经应变强化处理的不锈钢螺柱的许用应力对比.从表中可以看出:经过应变强化处理的不锈钢螺柱的抗拉强度和屈服强度明显高于未经应变强化处理(固溶状态)的螺柱.此外,对于未经应变强化处理的不锈钢螺柱,A S ME没有区分螺柱直径规格;但是对于经过应变强化处理的不锈钢螺柱,不仅区分出了不同直径对应的许用应力,而且还限制了直径上限(M );S A B C l a s s 的螺柱直径上限为M .A S ME的这一规定主要与不锈钢螺柱应变强化的工艺特点相关.不锈钢螺柱的应变强化是一种在低于再结晶温度(冷加工)的温度下由于塑性变形造成的强度和硬度升高的现象.这种效应是依靠冷拔或其他工艺将尺寸较大的棒或丝材减小到所需求的最终尺寸时产生的.不锈钢螺柱越大,需要的不锈钢棒材尺寸就越大,此时应变强化的效果就会弱化,因此A S ME规定了应变强化的不锈钢螺柱的直径上限.从表中可以看出:A S ME中规格较小的螺柱,其许用应力值较大;规格较大的螺柱,其许用应力值较小.这是由于大直径钢棒的塑性变形主要发生在棒的外侧区域,因此仅在靠近棒料的表面达到应变强化后的强度和硬度;而对于小直径的棒料来说,应变强化的穿透深度较深,棒料内部也可达到应变强化后的强度和硬度,所以小直径经过应变强化处理的螺柱的许用应力值比大直径的大.对比表中G B/T 规定的S (固溶应变强化)螺柱的许用应力取值可知:室温下螺柱规格不大于M 时,A S ME规范中S A B C l a s s 和S 许用应力取值相近;但对于规格为M 的螺柱,常温下G B/T 规定的许用应力值为 MP a,而A S ME规定的许用应力值为不大于 MP a,两者差异较大.表S A B C l a s s 与S A B C l a s s 许用应力对比钢号使用状态螺柱规格室温强度指标在下列温度下的许用应力/MP a抗拉强度/MP a屈服强度/MP a S A B C l a s s()固溶 S A B C l a s s()固溶应变强化M (M ,M (M ,M (M ,M 奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力确定方法直接将A S ME规范和G B/T 中螺柱的许用应力进行对比有不妥之处,这是因为A S ME对螺柱许用应力的取值方法和G B/T 对螺柱的许用应力的取值方法不一样.A S ME螺柱许用应力的取值规则见表(表中符号含义同A S ME).从表中可以看出:A S ME中,应变强化的不锈钢螺柱室温条件下的应力值取“室温下最小抗拉强度/”和“室温下屈服强度下限/”之小者;高于室温时,其应力值与室温下最小抗拉强度和屈服强度、指定温度下的抗拉强度和屈服强度、断裂应力、产生/h蠕变率的平均应力等有关.A S ME对于奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力取值规则,有两处值得探讨:)螺柱的作用是对法兰进行密封时压紧垫片,提供足够的垫片压紧力;当螺柱发生屈服后密封就会失效,因此材料的抗拉强度并无用途,无需将抗拉强度作为许用应力的判据之一.在G B/T石油化工设备技术 年 (以下简称G B/T )中,螺柱的许用应力仅与设计温度下材料的屈服强度有关(低于蠕变温度条件下),这更为合理.)A S ME规范中基于屈服强度的材料安全系数,在室温下是,高于室温时是.安全系数远大于.查看奥氏体不锈钢应变强化螺柱在高温下的屈服强度值可知,即便在 时的屈服强度仍高于室温下屈服强度的 (即/)倍.这使得高于室温情况下螺柱的屈服强度值在确定螺柱许用应力时无应用场合,但该值对于判断螺柱是否能够提供足够的有效密封载荷是至关重要的.G B/T 对不锈钢螺柱的许用应力取值规则见表(表中符号含义同G B/T ).表显示:经固溶处理的不锈钢螺柱在蠕变温度范围以内,许用应力取值由屈服强度控制;直径不超过M 的螺柱,其许用应力值为Rp/;M M 螺柱的许用应力值为Rp/.对于经过应变强化处理的不锈钢螺柱许用应力的取值方法,G B/T 暂未说明.笔者认为,可以把经过应变强化的不锈钢螺柱视为低合金钢、马氏体合金钢螺柱.因为奥氏体不锈钢螺柱在应变强化过程中,原奥氏体组织由于应变诱发产生了马氏体组织,从而提高了不锈钢螺柱的强度及硬度【】.目前的G B/T 亦参考低合金钢、马氏体合金钢螺柱材料的许用应力的取值方法(见表),其中规格为M 的经过应变强化处理后的S 螺柱,室温屈服强度为 MP a,其许用应力值为 /MP a;规格为M M 的 经 过 应 变 强 化 处 理 后 的S 螺柱,室温屈服强度为 MP a,许用应力值为 /MP a.表A S ME螺柱许用应力值的确定准则产品/材料小于或者等于室温抗拉强度屈服强度高于室温抗拉强度屈强强度断裂应力蠕变率退火螺柱/铁基和非铁基STSYSTSTRTSYSYRYFa v gSa v gSm i nSC热处理或应变强化提高强度的螺柱/铁基和非铁基STSYSTSTRTSYSYRYFa v gSa v gSm i nSC表G B/T 奥氏体高合金钢螺柱材料许用应力取值材料螺栓直径/mm热处理状态许用应力/MP a(取下列各值中的最小值)奥氏体高合金钢M M M 固溶Rte L(Rtp)Rte L(Rtp)RtD低合金钢、马氏体高合金钢M M M M 调质Rte L(Rtp)Rte L(Rtp)Rte L(Rtp)RtD按照G B/T 制造的S 和S 应变强化螺柱,当设计温度超过 或直径超过M 时,建议采用如下方法确定其许用应力值:通过高 温 拉 伸 试 验 测 出 屈 服 强 度 值,或 参 考A S ME提供的应变强化之后的不锈钢螺柱的屈服强度值,然后按照G B/T 中“低合金钢、马氏体合金钢”螺柱许用应力的取值方法(见表)计算出其许用应力值.即在设计温度未进入蠕变范围时,奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力t取值为:当直径M 时,tRtp/;直径为M (不含)M 时,tRtp/.上述基于屈服强度的材料安全系数在之间,考虑到 经 应 变 强 化 处 理 的 奥 氏 体 不第 卷第期郭雪华等奥氏体不锈钢应变强化螺柱的扩展应用锈钢螺柱仍具有较好的塑性储备(断面收缩率和断后伸长率仍较高),认为该安全系数是足够保守的.国家标准中关于S 和S 应变强化螺柱的性能要求在实际工程中经常用到直径超过M 的奥氏体不锈钢应变强化螺柱,将G B/T 对应的适用范围拓展到更大直径是必要的.在设计中经常遇到不锈钢螺柱同时需要考虑低温和高温工况的情况,将G B/T 中应变强化不锈钢螺柱的设计温度扩展到 以上也是必要.目前国内很多研究和设计单位也认识到了提高应变强化螺柱温度上限的必要性.表为A S ME提 供 的 经 过 应 变 强 化 的S A B C l a s s()材料的屈服强度.表是按照G B/T 中马氏体合金钢螺柱材料的许用应力取值方法计算后得到的S 的许用应力值.对于公称直径M 的大直径奥氏体不锈钢螺柱,由于应变强化的程度较弱,以固溶状态计算出的许用应力(安全系数)可能比应变强化状态更高(安全系数),此时应按固溶状态计算出的许用应力取值.奥氏体不锈钢螺柱经应变强化处理后,需保证材料仍具有较充足的塑性储备.因此可参考A S ME的规定,对室温拉伸后的断后伸长率和断面收缩率的最小值进行限定.本文认为这个塑性指标中,断后伸长率更具代表性且更容易在试验时测量,G B/T 中仅采用断后伸长率这一项指标.需要 注 意 的 是,G B/T 金属材料 拉伸试验 第部分 室温试验方法(以下简称G B/T )【】中试验的原始标距L和A S ME规范中使用的原始标距Ld(d为试件的平行长度的原始直径)不同,需要根据G B/T 钢的伸长率换算 第部分 奥氏体钢 进行换算.A S ME规范中要求了奥氏体不锈钢螺柱在应变强化后的最高允许硬度值,即 H BW或 HR C,目的是避免钢棒的过度硬化.硬度指标同样应该在国标的奥氏体不锈钢应变强化螺柱的性能要求中有所体现.表S A B C l a s s()屈服强度钢号使用状态螺柱规格/mm屈服强度/MP a力学性能在下列温度下的屈服强度/MP a断后伸长率,硬度/H BW S A B C l a s s()固溶应变强度M (M ,M (M ,M (M ,M 表S 许用应力值(国标化处理)钢号使用状态螺柱规格/mm屈服强度/MP a力学性能在下列温度下的抗拉强度/MP a断后伸长率,硬度/H BW S 固溶应变强化M (M ,M (M ,M (M ,M 表为A S ME提供的经过应变强化处理的S A B M C l a s s()螺柱的屈服强度.表是按照国标马氏体合金钢螺柱材料的许用应力取值方法计算后得到的S 应变强化螺柱的许用应力值.由表可知,将S 螺柱进行应变强化处理后,同样可以有效提高强度指标,获得较高的许用应力.A S ME规范给出了应变强化螺柱石油化工设备技术 年S A B MC l a s s()在 以下的许用应力,最大螺柱直径为M .低温用应变强化螺柱S A B MC l a s s 的最高使用温度亦为 ,最大 螺 柱 直 径 为M .S A B C l a s s 和S A B C l a s s 的最高使用温度均为 ,最大螺柱直径分别为M 和M .表S A B C l a s s()屈服强度钢号使用状态螺柱规格/mm屈服强度/MP a力学性能在下列温度下的屈服强度/MP a断后伸长率,硬度/H BW S A B MC l a s s()固溶应变强化M (M ,M (M ,M (M ,M 表S 许用应力值(国标化处理)钢号使用状态螺柱规格/mm屈服强度/MP a力学性能在下列温度下的抗拉强度/MP a断后伸长率,硬度/H BW S 固溶应变强化M (M ,M (M ,M (M ,M 经对比可知,未经应变强化处理的奥氏体不锈钢螺 柱(固 溶 态),S 的 强 度 总 是 高 于S .但公称直径M 的经过应变强化处理的S 螺柱,强度指标明显低于经应变强化处理的S 螺柱.再对螺柱直径较大时(公称直径M )的情况进行对比,发现应变强化后的S 螺柱强度指标又会高于S 应变强化螺柱.这是由于S 的N i含量比S 的高,而N i属于稳定奥氏体相的元素所致.有研究表明,N i、C u含量的提高会降低变形时马氏体的诱发.在相同应变量下,S 不锈钢变形诱发的马 氏 体 量 比S 少,但 是 对 于 大 直 径 的S 来说(中心区域的应变强化程度低),其稳定化元素又起了主要作用【】.有学者进行了腐蚀试验研究,结果显示:在 的应变范围内,应变强化对奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能影响很小【】;在氧化性和非氧化性的腐蚀溶液中,室温应变强化几乎未对奥氏体不锈钢的耐均匀腐蚀和晶间腐蚀性能产生不利影响.因此不必担心S 和S 经应变强化处理后耐蚀性能下降的问题.公称直径M 时,对照G B/T 中固溶状态的S 、S 螺柱,虽然经应变强化后许用应力值降低了,但本质上其已经由低强度螺柱升级为中强度螺柱,屈服强度和抗拉强度值均有了很大的提高.室温下屈服强度由 MP a提高到 MP a.表和表中,按照国标制造的S 和S 不锈钢应变强化螺柱的最大直径限制均为M .鉴于前文所述原因,直径超过M 的经应变强化处理的奥氏体不锈钢虽然也可以使用,但是由于横截面上力学性能的不均匀度较大,因此许用应力更加不容易确定.对于S 和S 不锈钢应变强化螺柱的设计温度,本文认为应限制在 以内.因为这种应变强化是经过冷拔加工实现的,而奥氏体不锈钢本身就容易在高温下发生应力松弛,当使用温度超过 后,螺柱内的应变强化效果难以长时间维持.此时,若根据试验室内高温拉伸而确定的力学性能指标来确定应变强化螺柱长期使用的许用应力,显然不够安全.此外,经应变强化处理的S 和S 螺第 卷第期郭雪华等奥氏体不锈钢应变强化螺柱的扩展应用柱还应符合G B/T 第 条的有关要求,应进行拉伸和冲击试验(使用温度低于 时).奥氏体不锈钢应变强化螺柱的拉伸试验S 螺柱经应变强化的拉伸试验对照对S (固溶)和S (固溶应变强化)的 mm钢棒进行了室温拉伸试验.图与图分别为两者的负荷变形曲线,拉伸的钢棒符合G B/T 要求.表为个试件的拉伸试验结果.从表可以看出,经过应变强化处理的S 钢棒比仅做固溶处理钢棒的屈服强度显著提高,提高率达到()/,其屈服强度值(MP a)也高于A S ME规 范 中S A B M C l a s s 的 规 定 值(MP a).图S (固溶)钢棒负荷变形曲线图S (固溶应变强化)钢棒负荷变形曲线表 mm直径S 钢棒的室温拉伸试验结果试件状态原始标距/mm最大负荷/k N抗拉强度/MP a屈服强度/MP a固溶 固溶应变强化 S 螺柱直径与应变强化效果的关系对直径分别为 和 mm的S (固溶应变强化)原始棒料(未加工螺纹之前)进行了室温拉伸试验.图与图分别为两者的负荷变形曲线,表 为这个试件的拉伸试验结果.G B/T 规定,S 固溶处理的螺柱的屈服强度下限为 MP a.从表 可以看出:经过固溶应变强化处理的不锈钢螺柱和应变强化之前相比,屈服强度显著提高,且均高于S A B C l a s s 在室温下的屈服强度值;但是 mm钢棒屈服强度明显低于 mm钢棒.这说明经过应变强化处理的不锈钢大直径螺柱,屈服强度虽然有一定程度的改善,但是改善程度较小.奥氏体不锈钢应变强化螺柱的高温拉伸试验为了考察经过固溶应变强化处理的奥氏体不锈钢螺柱高温力学性能,本文对经过固溶应变强化处理的S 试件分别进行了,和 共个温度下的拉伸试验.试验按G B/T 金属材料 拉伸试验 第部分 高温试验方法【】进行.图S (固溶应变强化)mm钢棒负荷变形曲线图S (固溶应变强化)mm钢棒负荷变形曲线石油化工设备技术 年表 S (固溶应变强化)钢棒的拉伸试验结果钢棒直径/mm最大负荷/k N原始标距/mm抗拉强度/MP a屈服强度/MP a断面收缩率Z,S A B C l a s s 室温屈服强度/MP a 试 件 采 用 原 始 直 径 为 mm的 钢 棒(M 螺柱的滚丝前直径),切削到 mm,即d mm.试件的原始标距为 mm.这种切削是因为试件制备的需要,但是由于经冷拔钢棒的应变强化部分更偏于表面,表面硬化层被部分切削后会导致强度降低.因此实际用于加工螺柱的钢棒的高温表现会优于拉伸试验数据.表 为S (固溶应变强化)mm试件的高温拉伸试验数值.图为上述试件的高温拉伸试验结果与A S ME规定值的对比曲线.以S (固溶应变强化)mm试件在 下拉伸试验为例绘制的负荷变形曲线见图,其拉伸试验设备见图.从图中可以看出,S 高温抗拉强度值总体上低于A S ME提供的抗拉强度值,但高温屈服强度高于A S ME的规定值.试件的断后伸长率均高于A S ME规定的室温下最小断后伸长率().此外,对经过固溶应变强化处理的S 试件分别进行了,和 共个温度下的拉伸试验.试件采用原始直径为 mm的钢棒(M 螺柱的滚丝前直径),切削到 mm,即d mm.试件的原始标距为 mm.表 为经应变强化处理的S 试件的高温拉伸试验数值.由表 可见,其抗拉强度值总体上低于A S M E提供的抗拉强度值,但高温屈服强度远高于A S M E的规定值.图S (固溶应变强化)mm试件高温拉伸试验结果与A S ME规定值的对比图S (固溶应变强化)mm试件 下的负荷变形曲线图S (固溶应变强化)钢棒高温拉伸试验设备对于不同材料、不同规格的固溶应变强化处理的奥氏体不锈钢螺柱进行更多的室温和高温下的力学性能试验是非常有必要的,可以填补第 卷第期郭雪华等奥氏体不锈钢应变强化螺柱的扩展应用国标在这方面的空白,并提高国标制定依据的可靠性.表 S (固溶应变强化)mm试件的高温拉伸试验数值试验温度/最大负荷/k N 抗拉强度/MP a 屈服强度/MP a 断后伸长率,表 S (固溶应变强化)mm试件的高温拉伸试验数值试验温度/最大负荷/k N 抗拉强度/MP a 屈服强度/MP a 断后伸长率,结语本文对比了国内标准和A S ME规范关于奥氏体不锈钢螺柱的相关规定,同时,通过不锈钢螺柱的室温和高温拉伸试验更加直观地介绍了经过应变强化不锈钢螺柱和未经应变强化处理的不锈钢螺柱的强度区别,并提出了确定奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力的方法.主要结论如下:)将奥氏体不锈钢螺柱进行应变强化处理,是提高螺柱强度的有效措施.)根据各温度下的屈服强度,按照G B/T 中马氏体合金钢螺柱许用应力的取值方法可合理确定奥氏体不锈钢应变强化螺柱的许用应力值.通过高温拉伸试验,可以更准确地得到不锈钢应变强化螺柱的强度指标并确定不同温度下的许用应力取值.)为保证经应变强化处理的奥氏体不锈钢螺柱具有足够的塑性储备,应对螺柱的断后伸长率最小值和硬度最高值提出限制要求.)参照A S ME规范,可扩展G B/T 中奥氏体不锈钢应变强化螺柱的材质类型、公称直径和适用温度范围;经应变强化处理的S 螺柱可在工程中发挥积极作用.参考文献:全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力容器(合订本):G B/T S北京:中国标准出版社,中国石油和化学工业协会钢制管法兰用紧固件(C l a s s系列):HG/T S北京:中国计划出版社,中国石油和化学工业协会钢制管法兰、垫片、紧固件选配规定(C l a s s系列):HG/T S北京:中国计划出版社,A S ME B o i l e ra n d P r e s s u r e V e s s e lC o mm i t t e eo nM a t e r i a l s A S ME B o i l e r&P r e s s u r e V e s s e lC o d eI I:F e r r o u s M a t e r i a lS p e c i f i c a t i o n s:P a r t AS N e wY o r k:T h eAm e r i c a nS o c i e t yo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r s,:全国钢标准化技术委员会不锈钢棒:G B/T S北京:中国标准出版社,王宁,王娟,李亚江奥氏体不锈钢应变强化研究现状J压力容器,():全国钢标准化技术委员会金属材料 拉伸实验 第部分:室温试验方法:G B/T S北京:中国标准出版社,J ON S ON J C o l d S t r e t c h e d A u s t e n i t i c S t a i n l e s sS t e e lP r e s s u r e V e s s e l sCS e c o n dI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nP r e s s u r eV e s s e lT e c h n o l o g y:P a r t I I:M a t e r i a l s,F a b r i c a t i o n a n d I n s p e c t i o n T e x a s:A S ME,:全国钢标准化技术委员会金属材料 拉伸实验 第部分:高温试验方法:G B/T S北京:中国标准出版社,石油化工设备技术 年E X T E N D E DA P P L I C A T I O N O FS T R A I N H A R D E N I N GA U S T E N I T I CS T A I N L E S SS T E E LS T U D SG u oX u e h u a,X uL e i,C u iM i n h o n g(S I N O P E CE n g i n e e r i n gI n c o r p o r a t i o n,B e i j i n g,;S h a n d o n gM e i l i n gC h e m i c a lE q u i p m e n tC o,L t d,Z i b o,S h a n d o n g,)A b s t r a c t:T h i sp a p e rc o m p a r e d a n d a n a l y z e dt h er e g u l a t i o n s f o r s t r a i n h a r d e n i n g a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e ls t u d s i n t h ed o m e s t i cs t a n d a r d sa n dt h eA S M EC o d e s W h e nt h ed o m e s t i cs t a n d a r d sc a n n o tm e e tt h ea c t u a ld e s i g n r e q u i r e m e n t s,t h e m a t e r i a l t y p e,n o m i n a ld i a m e t e r a n d a p p l i c a b l e t e m p e r a t u r e o f s t r a i n h a r d e n i n gs t a i n l e s ss t e e ls t u d sc a nb ee x p a n d e d S i n c e G B/T d o e sn o t s p e c i f y t h e a l l o w a b l e s t r e s sv a l u eo f s t r a i n h a r d e n i n ga u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l s t u d s,t h i sp a p e rp r o v i d e da m e t h o dt os o l v et h ep r o b l e ma n dr e c o m m e n d e dt h ea l l o w a b l es t r e s sv a l u ea c c o r d i n gt ot h em e t a l l o g r a p h i ca n dm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s T h et e n s i o nt e s t so f a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l s t u d sa t r o o mt e m p e r a t u r e a n dh i g h t e m p e r a t u r e v e r i f i e d t h e e f f e c t s o fs t r a i n h a r d e n i n ga n dp r o v i d e dr e f e r e n c ef o re x t e n d i n gt h ea p p l i c a t i o no fa u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e ls t u d si nd o m e s t i c s t a n d a r d K e yw o r d s:a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l;s t u d s;s o l i ds o l u t i o n;s t r a i n h a r d e n i n g;h i g ht e m p e r a t u r es t r e t c h i n g;a l l o w a b l e s t r e s sR&D A N D A P P L I C A T I O N O F L A R G E S C A L EQ U E N C HO I LH Y D R O C Y C L O N EY a n gY u q i,Z h a n gJ i n y a n,W a n gJ i a n g e(B e i j i n g A e r o s p a c e P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y a n dE q u i p m e n tE n g i n e e r i n gC o,L t d,B e i j i n g,;S I N O P E CE n g i n e e r i n gI n c o r p o r a t i o n,B e i j i n g,;S I N O P E C Z h o n g y u a n P e t r o c h e m i c a lC o r pL t d,P u y a n g,H e n a n,)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h e p r o b l e m o fs o l i d l i q u i ds e p a r a t i o no f q u e n c ho i l a n d c o k e p a r t i c l e s i n am i l l i o nt o ne t h y l e n ep l a n t,s i m u l a t i o ns o f t w a r ew a su s e dt oo p t i m i z e t h e d e s i g n o f l a r g e s c a l e q u e n c h o i lh y d r o c y c l o n ew i t ht h ed i a m e t e ro fm e t e r sa n dt h ei n t e r n a lf l o wf i e l da n dp e r f o r m a n c eo ft h ec y c l o n ew e r ea l s oa n a l y z e d b y n u m e r i c a ls i m u l a t i o n T h el a r g e s c a l e h y d r o c y c l o n e w i t h t h e a b o v e o p t i m i z e dd e s i g nh a sb e e na p p l i e d i nam i l l i o n t o ne t h y l e n ep l a n ts u c c e s s f u l l y C o m b i n i n gw i t h t h e a c t u a l a p p l i c a t i o n,t h i sp a p e r c a r r i e do u tas t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ee q u i p m e n tu n d e rv a r i a b l eo p e r a t i n gc o n d i t i o n s,a n dc o m p a r e dt h ea c t u a lo p e r a t i n gp a r a m e t e r s w i t ht h en u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s u l t s u n d e r t h e d e s i g n e do p e r a t i n gc o n d i t i o n s T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea c t u a lo p e r a t i n gp a r a m e t e r s w e r ec o n s i s t e n t w i t ht h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s,w h i c hi n d i c a t e st h a tt h ed e s i g nm e t h o d i s o f g r e a t p r a c t i c a l v a l u e f o r e n g i n e e r i n g K e yw o r d s:q u e n c ho i l;l a r g e s c a l eh y d r o c y c l o n e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nS E L E C T I O N O F D E S I G N P R E S S U R E F O RC O L D H I G H P R E S S U R E S E P A R A T O R S I NH Y D R O G E N A T I O NU N I T S W a n g H e(S I NO P E C E n g i n e e r i n gI n c o r p o r a t i o n,B e i j i n g,)A b s t r a c t:S e l e c t i o n o fd e s i g n p r e s s u r e sf o r h i g hp r e s s u r e e q u i p m e n t i s c r i t i c a l t o t h e s a f e p r o d u c t i o no fh y d r o g e n a t i o nu n i t s I f t h e d e s i g np r e s s u r e i s t o o l o w,t h e c o m p r e s s o r s h u t d o w nw i l l c a u s e a h i g hp r o b a b i l i t yo f s a f e t yv a l v e t a k e o f f,a n d t h e o p e r a t i n gp r e s s u r e o fi n d i v i d u a l e q u i p m e n tm a y e x c e e d t h ed e s i g np r e s s u r e,r e s u l t i n g i n l o w e rs a f e t yf a c t o ro f t h es y s t e m;i f t h ed e s i g n p r e s s u r e i s t o o h i g h,t h e c o r r e s p o n d i n gi n v e s t m e n tw i l lb ei n c r e a s e d T h i sp a p e rp r e s e n t sam e t h o df o rc a l c u l a t i n gt h es t a g n a t i o n p r e s s u r eo fr e c y c l eh y d r o g e nl o o pa n dd e t e r m i n i n gt h ed e s i g np r e s s u r eo f c o l dh i g hp r e s s u r es e p a r a t o rb a s e do nt h eA P I (t he d i t i o n)s t a n d a r d B yo r g a n i z i n ga n da n a l y z i n gt h eo n s i t em e a s u r e dd a t ac o l l e c t e dd u r i n gt w oi n t e r l o c k s h u t d o w n a c c i d e n t s o ft h e r e c y c l eh y d r o g e n c o m