应力腐蚀条件下的承压设备去应力设计

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1、2012年11月安阳工学院学报Nov.2012第11卷第6期渊总第60期冤JournalofAnyangInstituteofTechnologyVol.11No.6渊Gen.No.60冤应力腐蚀条件下的承压设备去应力设计12郭进全袁蔡银丽渊1.安阳工学院机械工程学院袁河南安阳455000曰2.鹤壁天马通信股份有限公司袁河南鹤壁458000冤摘要院根据产生应力腐蚀的条件袁提出了锅炉压力容器等承压设备去应力设计的概念袁分别阐述了它的三个组成部分要要要运行工艺设计尧结构设计和热处理工艺设计遥并结合一种LHS型燃油渊气冤锅炉烟管的碱脆和压力容器的现场制造袁提出了具体的

2、去应力结构和处理办法遥关键词院锅炉曰压力容器曰应力腐蚀开裂渊SCC冤曰结构设计曰去应力设计中图分类号院O346.2文献标志码院A文章编号院1673-2928渊2012冤06-0003-04在静应力和特定的腐蚀环境联合作用下袁金如管壳式换热器袁换热两介质分别走管程和壳程袁属构件发生的脆性开裂过程称为应力腐蚀开裂管壳程的压力尧温度尧强度的不同导致管板承受不(stress-corrosion-crack,以下简称SCC)遥近年来袁随同的应力遥若壳程压力尧温度尧强度分别大于管程着工业装置的大型化尧高温高压袁以及高强钢的大压力尧温度袁则管板承受压应力和向内渊换热区冤的量使

3、用袁工程应用中SCC事故不断增多袁且SCC已弯曲应力袁反之袁管板将承受拉应力和向外的弯曲成为热能工业尧石化行业和其他工业部门的最危应力遥当然还存在其它几种工艺组合及相应的应险的损伤之一遥根据国内外一些著名化工企业的力情况遥在管板承受拉应力时袁换热管也将承受拉统计数字表明袁SCC事件占总腐蚀破坏事件总数的应力袁这时袁无论是管内还是管外袁若存在合适的[1]50豫左右遥而且由于SCC是以低应力脆断方式破腐蚀性换热介质袁而且换热管材料是对腐蚀性介坏袁容易导致灾难性的后果袁所以对SCC的研究及质极其敏感的材料袁换热介质又存在汽液两相分防治有着特别重要的意义遥界面袁再加上合

4、适的浓度与温度袁换热管在汽液两[3]目前袁关于应力腐蚀开裂的机理已有了充分相分界面就会发生SCC渊这与后述的LHS燃油的认识遥SCC的发生必须要三个条件同时具备袁即渊气冤蒸汽锅炉烟管的碱脆是极其相似的冤遥即使不一定水平的拉应力尧特定的腐蚀介质以及对该腐存在汽液两相分界面袁在管与管板连接处无论是蚀介质具有应力腐蚀敏感的钢材袁温度和腐蚀介胀接还是焊接或胀焊结合袁总存在多种应力渊胀接[2]质浓度也是很重要的影响因素遥腐蚀和应力的作应力尧焊接应力尧管壳程应力尧温差应力尧应力集用是相互促进袁不是简单的叠加遥如果从这两个因中冤尧温度尧介质等多种因素遥在这些因素的综合作素中任

5、意取消一个袁金属的破坏将变得微不足道遥用下袁不可避免地在连接处产生缝隙尧腐蚀性介质[4袁5]目前对于SCC的失效分析是比较多的袁而在防治的浓缩与聚积并发生SCC遥因此袁若合理设计管SCC的方法上袁大量的研究与报道集中在采用缓蚀壳程的介质尧压力尧温度尧强度及管束布置袁使管壳剂对腐蚀介质改性以及用冶金尧金属表面改性和程压力趋于均衡袁控制应力使其处在SCC临界应热处理办法增强材料抗应力腐蚀的性能上袁对于力之下袁定能减少SCC事故遥如此袁在设计运行工防止造成SCC的一个重要因素应力的产生少有报艺时袁可通过调整工艺参数如管尧壳程压力尧温度道遥本文试图从锅炉压力容器的工艺和

6、结构入手袁乃至互换管壳程介质袁以达到消除或降低应力的进行去应力结构和工艺设计袁消除或减小构件的目的遥另外袁由于在换热器中管板所处的工况最为拉应力袁从而消除或减少SCC遥此外袁应力水平降低恶劣袁在常规设计中总是以提高管板的厚度和采了袁也就减轻了对材料的结构尺寸和性能的要求袁用高性能材料来增强和保证管板抵抗应力和应变从而减少钢耗或可使用中低性能钢袁设备成本随的能力遥若通过运行工艺设计降低应力水平袁改善之降低遥管板工况袁则可降低高性能材料的消耗袁从而降低1去应力运行工艺设计成本尧提高效益遥有些设备的结构应力与其运行工艺有关遥例当然袁不能为了单纯降低应力水平而牺牲其它元

7、收稿日期院2012-04-12作者简介院郭进全渊1963-冤袁男袁安阳工学院机械工程学院高工/副教授袁博士袁硕导袁从事轻化工机械尧动力机械的工程尧教学和科研工作袁研究方向院机械结构强度设计尧先进机床设计制造技术遥4安阳工学院学报2012年工艺参数袁例如换热效率及一些按照运行工艺不经过分析袁确认碳钢烟管的破裂是在经过了碱能随意变更的参数指标遥运行工艺本身是一个复腐蚀和氧腐蚀作用后烟管腐蚀坑处产生应力集中杂的系统工程袁也不可能通过调整几个工艺参数及承载面积减小袁最终在工作压力产生的拉应力就能一蹴而就解决去应力问题遥去应力设计除了和NaOH腐蚀介质共同作用下而导致脆性

8、断裂袁属牵涉运行工艺外袁