化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)研究

何 芳

（鎮(zhèn)江萬特福化工有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212006）

化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)研究

何 芳

（鎮(zhèn)江萬特?；び邢薰?，江蘇鎮(zhèn)江 212006）

以往工程實(shí)踐中化工設(shè)備設(shè)計(jì)人員往往會(huì)忽略高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性，在高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未針對設(shè)備膨脹量、高溫材料膨脹量、以及局部結(jié)構(gòu)膨脹量等因素進(jìn)行考量。做好化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作會(huì)對化工設(shè)備的運(yùn)行安全與使用壽命產(chǎn)生重要影響。圍繞化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討，望能夠引起各方人員的關(guān)注與重視。

化工設(shè)備；高溫結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題分析

化工設(shè)備長期處于高溫環(huán)境條件下運(yùn)行，高溫結(jié)構(gòu)彈性敏感程度高，容易受到大量因素的影響，高溫結(jié)構(gòu)彈性性能的高低將會(huì)直接影響化工設(shè)備的整體性能。因此，可通過設(shè)置螺旋式彈性墊圈裝置的方式提高結(jié)構(gòu)性能。但這種方案下雖然對提高化工設(shè)備結(jié)構(gòu)彈性性能有積極作用，但也會(huì)在一定程度上影響法蘭件的性能。加之密封墊片對應(yīng)預(yù)緊力水平較高，因此密封墊片的設(shè)置會(huì)在很大程度上對化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用力，直接降低化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)可承受的預(yù)緊力水平。

除此以外，高溫環(huán)境條件對化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響還表現(xiàn)在螺旋式裝置的蠕變現(xiàn)象方面。高溫結(jié)構(gòu)中法蘭件、墊片等裝置耐熱性有限，在高溫條件下變形可能性高，極有可能導(dǎo)致化工設(shè)備發(fā)生熱損壞現(xiàn)象，最終對其使用壽命以及使用性能產(chǎn)生不良影響。

2 化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)例分析

化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)內(nèi)在應(yīng)力水平與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀有密切關(guān)系。對于制品曲率半徑較小、應(yīng)力較為集中、瓷層厚度較大的部位而言，為了最大限度的控制內(nèi)應(yīng)力水平，避免產(chǎn)生瓷爆現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化研究。以搪玻璃設(shè)備為例，現(xiàn)行設(shè)備技術(shù)條件規(guī)范中明確規(guī)定：化工設(shè)備基體搪玻璃側(cè)不存在非連續(xù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)角部位應(yīng)以較為圓滑方式過渡，焊接接頭部位應(yīng)遵循以搪玻璃側(cè)對齊為基本原則，同一設(shè)備所使用基體材料厚度比值應(yīng)低于3.0，并且以逐漸過渡為宜。通過此種方式，能夠針對高應(yīng)力區(qū)域（如布管集中區(qū)域、非徑向接管區(qū)域、大開孔邊緣區(qū)域等）的應(yīng)力水平進(jìn)行有效控制，改善應(yīng)力集中問題，降低峰值應(yīng)力水平。

在化工設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素之一即為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的偏差。以DN150帶視鏡手孔原設(shè)計(jì)圖見圖1，該設(shè)備采用厚度25.0mm鋼板機(jī)器進(jìn)行加工，焙燒過程中發(fā)現(xiàn)開孔轉(zhuǎn)角部位出現(xiàn)爆瓷問題，分析認(rèn)為設(shè)計(jì)方面存在的局限性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，開孔直徑不足；第二，手控基體厚度為25.0mm與視鏡凸臺15.0mm存在較大差距，轉(zhuǎn)角部位容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，焙燒過程中熱應(yīng)力釋放難度大。針對上述問題，對該設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與優(yōu)化，所采取設(shè)計(jì)措施如下：第一，對原化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)鋼板厚度進(jìn)行提高，厚度調(diào)整至20.0mm，通過增加壁厚的方式降低內(nèi)應(yīng)力水平；第二，于視鏡凸臺外側(cè)基體上表面也車凸臺，以提高壁厚的均勻性水平；第三，對內(nèi)孔孔徑進(jìn)行擴(kuò)大處理，以避免應(yīng)力過于集中對熱殘余應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的不良影響。經(jīng)改進(jìn)后該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見圖2。觀察顯示經(jīng)修改后，該結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位未繼續(xù)發(fā)生爆瓷現(xiàn)象。

圖1 化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)改進(jìn)前設(shè)計(jì)方案示意

圖2 化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案示意

除此以外，在化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面的問題：第一，在化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮高溫管線對端點(diǎn)管法蘭件的推力矩?cái)?shù)值，若該參數(shù)過大則提示法蘭件可能存在泄漏故障。因此，高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須與配管專業(yè)進(jìn)行認(rèn)真核對與確認(rèn)。第二，重視對活套法蘭件的合理應(yīng)用。以活套法蘭件有效抵抗熱沖擊以及熱循環(huán)作用力，由于此類法蘭件的剛度大、因此可以通過法蘭螺栓張力作用降低撓度水平，避免高溫結(jié)構(gòu)管壁熱應(yīng)力轉(zhuǎn)移至法蘭件并誘發(fā)偏轉(zhuǎn)等問題。第三，對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。設(shè)計(jì)參數(shù)是否科學(xué)合理將直接關(guān)系著法拉件在高溫環(huán)境下是否會(huì)出現(xiàn)泄漏等問題。因此，高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須對相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步檢查，以確保所有參數(shù)的準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)細(xì)節(jié)不符合規(guī)定的情況。

3 結(jié)束語

在化工設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行的過程中所面臨的工作條件與工作環(huán)境比較特殊，常常面臨高壓、高溫等惡劣工況，對高溫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性產(chǎn)生極為不良的影響。因此，為進(jìn)一步提高化工設(shè)備生產(chǎn)使用中的安全性與可靠性，應(yīng)在化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中引起重視。本文以上分析著重探討研究了化工設(shè)備高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例對高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體措施與方法進(jìn)行分析，望能夠引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。

[1] 肖青，任靜，朱婷婷，等.化工設(shè)備中高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析[J].商品與質(zhì)量，2015，（28）：51.

Study on Difficulties in High Temperature Structural Design of Chemical Equipment

He Fang

In the past engineering practice，chemical equipment designers often neglect the particularity of high-temperature structural design，and do not take into account the expansion of equipment，the expansion of high-temperature materials and the local structural expansion during high-temperature structural design.Good chemical equipment，high-temperature structural design work will be the safety of chemical equipment operation and service life have an important impact.That is，around the high-temperature structural design of chemical equipment，the key issues of analysis and discussion，hope to attract the attention of all parties concerned.

chemical equipment；high temperature structure；design

TQ050.2

A

1003-6490（2016）11-0039-02

2016-11-02

何芳（1962—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，主要從事化工設(shè)備管理工作。