废热锅炉产 生裂纹的事故分析及安全管理

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1、第6期废热锅炉产生裂纹的事故分析与安全管理39废热锅炉产生裂纹的事故分析与安全管理黄莹李建明陈志蒯念生(四川大学化学工程学院，成都，610065)摘要废热锅炉是化工生产中一种重要的高温高压设备，其安全管理存在一些难度。钊‘对某厂废热锅炉发生裂纹事故，通过有限元分析法对裂纹附近进行事故分析，发现该事故原因属于设计缺陷。根据事故分析得出几点设计方面和日常管理方面的要求和建议。为防止此类事故再次发生，应在废热锅炉设计中着重考虑选材、保温以及应力方面的问题，还需在日常管理中注意温控，做好对保温材料的维护和检

2、查，定期检修和维修，发现问题及时处理，防患于未然。关键词：废热锅炉裂纹事故有限元分析法事故分析安全管理铝空心球。l引言废热锅炉与普通动力锅炉一样，都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备，所不同的是热源不同。它不是采用重油、天然气、煤等燃料，而是利用化工生产工艺气中的废热。因此，它既是一种能量回收装置，也是一种化工介质工艺设备[¨。我国对废热锅炉这种压力容器的安全管理有一套比较完善的安全监察体系，现已形成国家级、省级、地市级检验所及其和行业所组成的检验队伍l_2]。但是废热锅炉的安全管理上还存在一些难点，

3、如设图1废热锅炉结构简图f单位：nlm)计过程中过多考虑经济因素导致设计强度不够、在设备在役期间运行时间长、检验和检修时停时不足、容器疲劳程度高且使用环境复杂等，均给压力容器的安全管理带来了一定难度。2事故回顾和分析2．1事故回顾废热锅炉作为一种承压的特种设备，对其安全状况进行专门的检测和检验，以及进行安全管理研究，在世界各国已形成共识。2007年，某厂废热锅炉(结构简图如图1)发生裂纹泄漏事故。经检测，图2穿透裂纹照片发现在壳体2520和15CrMoR材料焊接连接处产生裂纹(见图2)。该废热锅炉的

4、设计温度为78O℃，外保温层材料为硅酸铝纤维，内保温层材料为氧化40四川化工第ll卷2008年第6期2．2事故分析为探究废热锅炉泄漏事故的原因，文中利用有限元分析法对事故部位进行应力分析。建立二维有限元模型，进行热分析，求得模型的温度分布云图，如图3所示。然后把求得的模型温度场作为载荷施加到结构分析中，并施加压力载荷，求得模型的应力云图，如图4、5所示。如图3可知，温度最大值在内保温层壁面，其值为778．5℃，最小值在外保温层上部为49．1℃，温度沿径向方向逐渐递减，在外保温层的温度变化梯度要明显大

5、的多，这是因为外保温材料导热系数较小，图4锥筒部分当量应力云图传热阻力大；由于15CrMoR和2520两种材料的导热性能相差不大，沿筒体上的温度分布较为一致；由于在下方没有内保温层的作用，热量直接传递到简体上，造成温度升高。图5应力云图的局部放大图为进一步分析2520和15CrMoR连接处附近。瓢鞴。i端：《3¨Ⅲ§的应力和温度的变化，文中取图6所示路径，得到连接处附近局部的当量应力和温度的曲线图，如图7、图3锥筒部分温度分布云图图8所示。由图7、8可知废热锅炉壳体应力峰值出现在图4是根据第三强度理

6、论得到的锅炉当量应力2520和15CrMoR连接处，连接处的温度为595℃，(S1NT)云图。如图所示，壳体整体应力水平较低，而当量应力为190MPa，这种应力为二次热应力和其值为1．5MPa左右。在两种材料连接处出现较大的局部应力，这是由于这两种材料的热膨胀系数差一次应力的叠加，可根据JB4732—95标准采用a<3[d]一2d。控制[。根据GB-150标准，在595*C异，在高温下两部分热膨胀量不等，而它们又连接在一起，变形必须协调(总变形量应相等)，这就使得各时，15CrMoR的许用应力[o]

7、一37MPa，2520的许自的热变形受到对方的约束，因而在焊接处附近产用应力为[o]==：59MPa，故d>3[D]L引。由此可知该废热锅炉存在严重的设计缺陷，从而导致泄漏生很大的局部应力。图5为连接处的局部放大图，事故的发生。不考虑尖角处产生奇异从而产生有无限大的应力集中因子口]，由图可知连接处的局部应力值较大，为3安全管理200MPa左右。根据上述废热锅炉事故评价分析结果可知，在废热锅炉的设计及日常安全管理过程中，忽略考虑第6期废热锅炉产生裂纹的事故分析与安全管理41嚣棒摊船玲觥簿档瓣辩掌孙耋辩

8、女靛i材料的操作环境、材料之间热膨胀系数的差异，很容3．1设计方面易发生设备材料断裂泄漏。于是对其设计和日常安设计单位的设计工作必须满足安全技术监察的全管理两方面提出了以下建议和要求，以避免类似要求，并对所设计的压力容器的安全技术性能负责。事故再次发生。设计时，对于废热锅炉这样的高温高压设备，在严格按照国家关于压力容器的各项设计规范、标准及规定的同时，考虑所选材料在操作条件中的性能，尤其应重视对其工作条件下许用应力和膨胀系数的考察。日常的设备设计中，出于经济合理性目的