探析合成氨二段转化废热锅炉失效研究

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1、四川大学硕士学位论文合成氨二段转化废热锅炉失效研究姓名：周召贵申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄卫星;韦俊林20031101第一章绪论O一正常列管●一泄漏列管图1—5100E8泄漏列管1．4研究课题的提出建峰化肥厂合成氨二段转化废热锅炉，于1993年投入运行，1994年2月检查发现404根列管(巾44．5X5．8×4950)中92根列管穿孔泄漏，泄漏部位为进口侧距管口100～200mm处。1994年2月～5月，选用同ASMESA213T11相当的国产15CrMo钢管对404根列管进行更换。更换后，

2、每年度大修仍然发现在进口、出口管板上有不同程度的穿透性裂纹，均采用磨去裂纹，选用E801882焊条或ENiCrFe一3焊条补焊，焊前预热，焊后热处理进行修复。100E8成为建峰厂生产装置安全、稳定、长周期运行的制约因素。因此，选取课题《合成氨二段转化废热锅炉失效研究》来源于生产⋯线，直接服务于生产实际，具有明确的应用背景和经济效益。堕业丛堂I堡!!I．!!!笙墨一——表1—3100E8失效历程——————————————————————————————————————一—————————————————一时

3、问火效现象火效处理情况995年1996年检卉发现404根列管中92根列箭以．距进L

4、100mm～200mm处穿孔泄施“人修中，检卉发现出口端管板有可见裂纹120处以上，进口端管板有可见裂纹lO处，裂纹形式表现为别管与管板角焊缝裂纹、列管外(绝大部分在管板位置，1处离管板外表面约40mm处)纵向裂纹、列管外(管扳范刚)横向裂纹和管桥穿透裂纹。检赉发现进口端管板有两处穿透裂纹1997检布发现进口端管扳有1处穿透裂纹年2000年2002年水压试验过程中发现少昔泄旃[i，泄压后气密性试验和氨检漏未发现泄潲点，再次水

5、压至8MPa，在迸1：3端发现5处引起泄漏的穿透性裂纹．裂纹形式包括：列管外(管板范嗣)横向裂纹和管桥穿透裂纹。水压试验过程中，注水时进口管板发现5处泄漏，消除裂纹补焊斤，进行水压试验，水压为11Mpa，再次在进口管板发现6处引起泄漏的穿透裂纹。2月～5月，更换100E8全部404根列管，列管选t}{j同AS§tESA213T儿相当的国产15CrMo钢管，焊条选用E8018B2，焊接I：艺模仿原制造商的焊接j艺，焊接质量合格标准SFA5．5，水压试验压力1293har台格。消除裂纹后补焊，补焊时，人撼出现边

6、焊边裂的现象。焊条选川E8018B2，焊接一艺模仿原制造商的焊接r艺，焊接质餐合格标准SFA5．5。消除裂纹后补焊．采删ENiCrFe一3焊材，来进行焊后热处理，焊接质量合格标准SFA5．11。消除裂纹后补焊，采用ENiCrFe一3焊材，朱进行焊后热处理．焊接质量合格标准sFA5．11。消除裂纹后补焊，采tl；ljENiCrFe一3焊材，进行了焊后热处理，焊接质量台格标准SFA55。采心E8018B2焊材补焊，进行了焊后热处理，焊接质蟮合格标准SFA5．5．第章绪论图1—6100E8管板失效照片pU川人学T

7、程坝l学位论义能造成泄漏；当裂纹扩展到一定J

8、．-J时，裂纹的应力强度因子Kj将达到Kit，造成裂纹在交变应力的最大应力F的失稳扩展。山上述分析可知裂纹是否扩展、以什么样

9、Lf勺速度扩展取决于应力状况、材料性能和环境。因此，分析计算管板与管板连接区的应力状态，是100E8失效分析的基础工作。3．2100E8管板与列管角焊缝的焊接应力有限元计算和热处理3．2．1100E8管板与列管角焊缝的焊接应力(1)形成焊接应力原理19J列管与管板角焊缝为强度焊，坡口形式为单“u”型，列管的排列方式为正六边形(边长65ra

10、m)均匀排列，6根列管以六边形为中心分布，在六边形中心也分配1根列管，取7根列管在IF六边形区域部分为研究对象，见图3—1。在焊接过程中，焊缝区和列管、管板的应力场特征主要由温度场和管板列管的约束情况决定。1i考虑列管的约束时，上述环焊缝的应力场特征为：①焊接升温阶段，列管和管板在近缝焊缝区为拉应力，焊缝区为压应力，应力水平可以达到和超过焊缝区金属和列管、管板的屈服强度。其原理为：焊接升温阶段，从焊缝区-NYU管和管板有一个很大的温度梯度，焊缝区金属温度比周围管板和列管温度高数百度。因此在焊接升温时，焊缝区

11、金属的膨胀受到列管和管板的约束，在列管和管板上造成拉应力，焊缝区造成压应力，由于受到压缩，焊缝金属材料向自由表面膨胀，在焊根和表面形成焊波。②焊接冷却阶段，列管和管板在近缝(焊缝)区为压应力，焊缝区为拉应力，应力水平可以达到和超过焊缝区金属和列管、管板的屈服强度。其原理为：焊接冷却过程中，焊缝金属从tLYlJ管和管板高数百度的温度开始冷却到环境温度，列管、管板同样将冷却到环境温度，如此焊缝金属的收缩量将大于列管和