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| 杜洪海（錦州石化公司壓力容器檢測中心,遼寧錦州 121001） 1 基本情況 錦州石化分公司焦化車間頂回流瓦斯換熱器是1997年安裝投用的,該換熱器殼體由上、下封頭,上下筒節(jié)及兩塊管板之間的筒體共五個(gè)部分組成。上下筒節(jié)上各設(shè)置一雙帶接管的人孔。2001年大修期間開罐檢驗(yàn)。原始資料審查表明,該設(shè)備材質(zhì)為16ＭｎＲ;內(nèi)直徑1400ｍｍ,高為8000ｍｍ,封頭設(shè)計(jì)壁厚為14ｍｍ,筒體設(shè)計(jì)壁厚為14ｍｍ;殼體操作壓力為1.32ＭＰａ,操作溫度為250℃左右,介質(zhì)為瓦斯、水蒸氣;Ⅱ類壓力容器;生產(chǎn)廠為撫順北方石化金屬結(jié)構(gòu)公司。 2 外觀檢查結(jié)果 本次著重對局部拆除保溫層的換熱器的上部、下部的外表面狀況及從下部人孔進(jìn)入器底,對下封頭、下筒節(jié)內(nèi)表面的狀況進(jìn)行外觀檢查,檢查情況如下:（1）換熱器的外壁情況良好,結(jié)構(gòu)合理完整,無明顯的局部機(jī)械損傷和異常變形。表面氧化層厚度很薄。（2）封頭與筒節(jié)、筒節(jié)與管板的環(huán)焊縫以及筒節(jié)上的縱焊縫（指外露可見部分）外觀良好,無超標(biāo)的錯(cuò)邊、棱角度、角變形和咬邊等情況。（3）封頭內(nèi)表面呈現(xiàn)出輕度、局部中度腐蝕,腐蝕區(qū)域主要位于連接環(huán)焊縫下方50ｍｍ～80ｍｍ的周向環(huán)帶內(nèi)。封頭底部東北及西南兩處,局部腐蝕深度達(dá)2.5ｍｍ。（4）人孔接管與下筒節(jié)的連接焊縫呈現(xiàn)出中等程度的腐蝕,焊縫表面有明顯溝痕,西側(cè)下弦zui大深度達(dá)4ｍｍ左右。（5）筒節(jié)人孔下方的局部區(qū)域顯示出明顯的呈片狀剝落的表面腐蝕,深度達(dá)到4ｍｍ以上。（6）人孔接管的內(nèi)表面出現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡。超聲波密集測厚的結(jié)果與外觀檢查十分吻合,準(zhǔn)確一致地確定了換熱器殼體的四個(gè)腐蝕部位:①筒節(jié)人孔下方片狀表面腐蝕區(qū)域,實(shí)測zui小壁厚值為7.9ｍｍ～8.5ｍｍ。②下封頭腐蝕環(huán)區(qū)域測厚值為9.6ｍｍ～11.8ｍｍ,封頭底部東北向局部測厚值為9.9ｍｍ～12ｍｍ,西南向局部測厚值為9.7ｍｍ～11.3ｍｍ。③人孔接管與下封頭連接處,實(shí)測壁厚為10ｍｍ（原設(shè)計(jì)14ｍｍ）。④人孔接管局部zui薄處測厚值為2.0ｍｍ～3.9ｍｍ（原設(shè)計(jì)8ｍｍ）。 3 腐蝕區(qū)域的強(qiáng)度校 核根據(jù)ＧＢ150-98《鋼制壓力容器》進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3 1 下筒節(jié)人孔的下方區(qū)域 取zui小實(shí)測壁厚再考慮扣除0.5ｍｍ的腐蝕裕量來計(jì)算。σｔｅ=ＰＤｉ 2（δｅ-Ｃ）=1.32×140 2（0.79-0.05）=125.2ＭＰａ此應(yīng)力小于250℃材料的許用應(yīng)力[σ]ｔ=156ＭＰａ 3 2 下封頭 按標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭校核,取得zui小實(shí)測壁厚再考慮0.5ｍｍ的腐蝕裕量:σｔｅ=Ｐ[Ｄｉ+0.5（δｅ-Ｃ）] 2（δｅ-Ｃ）=1.32[140+0.5（0.96-0.05）] 2（0.96-0.05）=101.8ＭＰａ此應(yīng)力小于250℃材料的許用應(yīng)力[σ]ｔ=156ＭＰａ 3 3 人孔接管與下筒節(jié)連接處 連接處有效壁厚取筒節(jié)實(shí)測有效壁厚10ｍｍ加上加強(qiáng)圈厚度12ｍｍ,再考慮扣除1ｍｍ的腐蝕裕量;考慮開孔引起的局部應(yīng)力集中來估算該處的實(shí)際工作應(yīng)力水平,取應(yīng)力集中系數(shù)Ｋ值為2.5;考慮焊縫系數(shù)φ=0.9,該處許用應(yīng)力為φ·[σ]ｔ。σｔｅ=ＰＤｉＫ 2（δｅ-Ｃ）=1.32×140×2.5 2（1.0+1.2-0.1）=110.3ＭＰａφ·[σ]ｔ=0.9×156=140.4ＭＰａσｔｅ<φ·[σ]ｔ3 4 人孔接管的工作應(yīng)力接管尺寸為Φ479×8ｍｍ;取zui小壁厚再考慮0.5ｍｍ的腐蝕裕量:σｔｅ=ＰＤｉ 2（δｅ-Ｃ）=1.32（47.9-2×0.8） 2（0.20-0.05）=212.1ＭＰａσｔｅ>[σ]ｔ上述簡要的強(qiáng)度校核表明,人孔接管不滿足強(qiáng)度要求,應(yīng)予更換。其它部分雖發(fā)生腐蝕減薄,尚能滿足強(qiáng)度要求。 4 斷裂安全分析 本次檢驗(yàn),除對兩處丁字焊縫進(jìn)行Ｘ射線檢測發(fā)現(xiàn)結(jié)果良好外,未進(jìn)行大面積無損檢測,防止斷裂失效的安全分析,采取偏于保守的做法。經(jīng)過仔細(xì)分析對比,人孔接管與筒節(jié)連接處,有一zui大深度為4ｍｍ,長度約21ｍｍ,立向孔邊的溝槽。將其視為深ａ=4ｍｍ,長2ｃ=21ｍｍ的半橢圓表面裂紋,考慮到焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的各種削弱因素,按zui嚴(yán)重的情況分析。分析的依據(jù)是ＣＶＤＡ-1984《壓力容器缺陷評定規(guī)范》。 4 1 等效裂紋尺寸 的計(jì)算 ａ ｓ=4.14=0.28 ａ ｃ=4.0.5×21=0.38由ａ ｓ,ａ ｃ之值,查ＣＶＤＡ-84的表面裂紋等效裂紋尺寸換算表（表3）得 ｓ=0.33 =0.33×14=4.62 42 材料常數(shù)的選擇16ＭｎＲ材料在250℃條件下σｔｓ=294ＭＰａ,Ｅｔ=1.98×105ＭＰａ,Ｅｓ=1.5×10-3。臨界張開位移δｃｒ值在0.12～0.15ｍｍ內(nèi)變化,考慮到焊接區(qū)的削弱影響及輕度腐蝕,取其低值再考慮2倍的安全系數(shù),即選用δｃｒ=0.06ｍｍ 4 3 應(yīng)力-應(yīng)變水平計(jì)算總應(yīng)力σ=σ1+σ2+σ3σ1（基本工作應(yīng)力）=110.3ＭＰａσ2（面外彎曲作用影響）,薄壁容量可不計(jì),σ3（制造中焊接殘余應(yīng)力）,取為0.6σｓ由于σ1+σ2<σ3則ｅ=ｅ1+ｅ2+ｅ3=110.3 198000+0+0.6×1.5×10-3=1.47×10-3?。?lt;ｅｓ 4.4 zui大允許裂紋尺寸計(jì)算 ｍａｘ=δｃｒ [2πｅｓ（ｅ ｅｓ）2]=6.63ｍｍ =4.62ｍｍ<6.63ｍｍ這表明,這條表面裂紋不會引起斷裂破壞。 5 結(jié)論與建議 （1）該換熱器下部人孔接管不能滿足強(qiáng)度要求,應(yīng)予更換。（2）在嚴(yán)格控制腐蝕速率及不發(fā)生意外的情況下,考慮到該換熱器工況穩(wěn)定,停開車次數(shù)很少,即無明顯疲勞載荷作用。則其近期內(nèi)不會發(fā)生斷裂破壞事故。（3）控制腐蝕速率,查清腐蝕原因與采取相應(yīng)對策,是該換熱器安全運(yùn)行的關(guān)鍵。（4）嚴(yán)格工藝操作,加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)察和按時(shí)定期檢驗(yàn)十分必要。建議運(yùn)行一年到兩年應(yīng)進(jìn)行一次內(nèi)外檢驗(yàn)。 |
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