高压加热器焊缝裂纹缺陷安全评定分析.pdf

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1、784化工机械2016钷高压加热器焊缝裂纹缺陷安全评定分析万晋引陈晨曦1陈宇慧2(1．福州大学石油化工学院；2．郑州轻工业学院能源与动力工程学院)摘要应用有限元法详细分析了一台含裂纹缺陷的高压加热器应力分布状况，指出了管板与筒体连接的边缘应力特殊性。根据设备可能出现的各种运行工况和GB／T19624．2004(在用含缺陷压力容器安全评定》标准，对缺陷的安全性进行评定分析，得出在当前工况下运行设备符合“合于使用”原则；并依据设备实际运行中压力波动情况进行疲劳分析，给出在下一个运行周期内设备能满足运行条件的结论。关键词

2、高压加热器焊缝裂纹安全评定中国分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254石094(2016)06-0784-07高压加热器是热力发电厂锅炉给水回热系统中的重要组成部分，对火电厂节能增效起着非常重要的作用。近年来为满足生产需求，高压加热器也向着结构复杂化和参数大型化发展，而运行中复杂的外界载荷和加热器内高温高压的流体冲击等多种因素的作用，使得制造中遗留的缺陷扩展，也可能萌生新的缺陷。缺陷是否影响到设备的安全运行，一直是国内外工程技术人员所关注的问题，我国也将该问题列入“九五”攻关课题，在充分借鉴国内外最新研究成

3、果并基于“合于使用”原则的基础上，制订并颁布了GB19624．2004标准作为评定缺陷对设备危害程度的依据¨qo。1高压加热器性能参数及缺陷状况某发电企业一台仅投运两年的高压加热器(图1)，在定期检验过程中，发现管板与壳程简体的连接焊缝中存在多处较强的超声反射波，经相控阵超声检测确认这些位置存在不同程度的平行于焊缝的裂纹缺陷。所检出的缺陷已经超出了常规标准规范所允许的范畴，通常采取报废或返修的措施进行处理，这样处理有两个缺点：更换设备产生较大的经济支出和较长的加工周期；返修过程中采用碳弧气刨消除缺陷、焊接及焊后的局

4、部热处理等，可能影响到缺陷周边材料性能，加速材料的劣化，对后续的安全使用埋下新的隐患。瑚865f700I苴太d^ttitt口670265捧气Ⅱl从口，—、n11镳墨I、忤I册f。。1}

5、I6甫^彦凶基弋诵冢lf)编热坳!蛰胤5／T-7咯!堕Id∥心j—+Jl封夹／／7蕾鬟／N必＼l木m8l露／慷≯’妒岬哆／拥蕊＼1颞酊。一口口*念久_删。⋯移凡U：。隧7黝甲崂蔷}木鼍口／I皇支l／360IiI亢-I矗蛐528002900图1高压加热器结构*万晋，男，1957年7月生，副教授。福建省福州市，350108。d90’第4

6、3卷第6期化工机械785该高压加热器采用双管程U形管式，壳程筒体强度按GB150标准‘103设计，设计压力8．8MPa，设计温度410。C，介质为蒸汽和冷凝水；管程设计压力38．75MPa，设计温度325。C，介质为锅炉给水。列管采用正三角形排列，列管与管板采用胀焊连接。壳程简体、管板的材料分别为15CrMoR、20MnMo(锻件)，根据设备原生产厂家对这些材料化学成分和力学性能检测资料得到相关的复验数据分别见表1、2。表1材料化学成分％管板与壳程筒体的对接焊缝中经相控阵超声检测认定的埋藏裂纹状况见表3。表3检出的

7、埋藏裂纹状况依据所检出的裂纹位置和尺寸大小，按文献[7]对缺陷表征和规则化要求，裂纹1与裂纹2间、裂纹6与裂纹7间距离较近，从检测的图像上能分析出缺陷均在焊缝中靠管板侧，但较难准确判断出缺陷间共面与否，考虑到该焊缝采用的是U形坡口，焊缝宽度不大，根据现场测量两焊趾问最大宽度约为40ram，故认定它们之间存在相互影响关系，具备合并条件，经复合处理得到两条尺寸较大的裂纹A和裂纹B。所有缺陷经处理后依然满足埋藏裂纹的条件，为安全起见对规则化后的缺陷尺寸放大1．1倍并向大圆整后作为安全评定的缺陷尺寸(表4)。表4裂纹缺陷规

8、则化后及评定用的尺寸786化工机械2016掘2裂纹缺陷位置的应力计算分析由于裂纹处在管板与壳程简体的对接焊缝中，由图1可以看出该焊缝周边结构较为复杂：管板可看作厚度方向开有许多小孔的平板，这些列管孔的大小、数量和分布状况改变了管板的刚度，影响了焊缝区域的应力大小和分布；在焊缝附近壳程筒体上还有多个开孔接管，最近距离不足200mm，由于开孑L接管与筒壁间变形协调作用，导致接管周边产生高应力，将会影响该焊缝的应力状况，而管板的另一侧与高压加热器的水室组件相连，水室的球形封头上还接有给水进出口管；管板与壳程筒体连接焊缝处

9、存在总体结构不连续，且管板采用了圆弧过渡后与筒体连接，对应力分布也产生一定的影响。众多因素作用下缺陷所处截面的实际应力大小难以采用常规的公式计算得到，尤其是安全评定分析中需要裂纹位置经向应力沿壁厚方向分布状况，故采用有限元法，详细分析焊缝位置的应力分布状况。2．1有限元计算模型获取管板与壳程简体连接处焊缝的应力分布状况是有限元分析的目的，在建立计算模型时以焊