关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨_文胜.pdf

文章编号：（）：关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨收稿日期：文 胜，何争艳，谢 蔚，谈春华（湖南省特种设备检验检测研究院，湖南 长沙），（，）摘 要：锅壳锅炉下降管需要对壳体进行开孔，当锅炉运行较长时间，锅壳筒体有效壁厚变薄，对下降管开孔进行计算校核，发现下降管开孔处结构已经不满足开孔补强要求，存在安全隐患，针对这一情况进行分析、研究，并进行探讨。关键词：锅炉；下降管；开孔；补强；探讨中图分类号：文献标识码：第一作者：文胜（），长沙理工大学热能与动力工程硕士，工程师，长期从事工业锅炉制造监督检验、定期检验。前言锅炉在设计制造过程中，由于设计和结构布置的需要，需要对壳体进行开孔。开孔后使承载截面减小，承载材料的削弱，破环了原有的应力分布，造成开孔边缘局部的应力集中，加之接管处壳体与接管形成不连续结构进而产生边缘应力，会影响整个壳体应力分布与强度。壳体开孔后，为使开孔边缘应力下降在允许范围以内，可采用增加壳体厚度的整体式补强或在开孔附近区域内增加补强元件金属的局部补强。由于开孔削弱的局部性，局部补强的效果显著，常用的补强方法有使用强度计算标准要求的焊接结构或采用补强圈加强等。因此，在锅炉设计、制造中合理设计开孔补强结构是必要的。笔者在锅炉定期检验过程中发现，有的锅炉在运行较长时间后，经计算锅炉下降管开孔处的开孔补强已经不能满足相关技术要求。案例现场情况某工厂一台蒸汽工业锅炉，型号为 ，制造日期为 年 月，投用日期为 年 月，额定蒸发量为 ，额定工作压力 ，额定蒸汽温度 。该锅炉于 年 月进行内部检验。该锅炉运行环境较差，负荷重，炉墙破损严重，水质差，排污不及时，锅筒结垢比较严重，几乎每年都要进行锅炉化学清洗。该次内部检验时，锅壳底部结垢仍然比较严重，锅壳底部实际壁厚测量值的最小值为 ，且锅炉下降管处耐火层已松动脱落，见图。对下降管开孔附近的筒体进行测厚，在下降管开孔范围内，以开孔直径为半径作为测厚范围，测点为 个，实际测厚最小值 为 。查阅图纸，该下降管开孔接管焊接结构为图 所示。图 锅壳下降管根部耐火层脱落情况关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨图 下降管开孔接管焊接结构示意图 计算及校核对该锅炉的原始出厂技术资料进行查阅，数据详见表。强度校核对该 筒 体 进 行 强 度 校 核 计 算，根 据 锅壳锅炉 第 部分：设计与强度计算标准中对锅壳筒体及集箱筒体的最高允许工作压力计算公式进行校核。（）（）式中，取校核部位的减弱系数，此处 取值为。上一次内部检验锅壳筒体最小处厚度为 ，本次检验为 ，考虑到下一检验周期的腐蚀减薄量，此处腐蚀减薄量取值为 。下降管开孔附近处锅壳筒体厚度有效厚度 ，计算得出下降管开孔附近处最高允许工作压力 ，大于计算压力 ，满足强度要求。设计制造时开孔校核由式（）算得的最高允许工作压力还应满足 第 章孔的补强要求。查阅设计制造资料，根据 要求，当 ，且 时，确定锅壳筒体未补强孔的最大允许直径时应计算锅壳筒体的实际减弱系数。查阅得出，对于实际减弱系数 的筒体，未补强孔的直径不应大于按图 确定的未补强孔的最大允许直径，且最大为 。查图得出未补强孔的最大允许直径为 。见表。表 查阅强度计算技术资料名称数据名称数据锅壳计算压力 锅壳元件材料基本许用应力 修正系数许用应力 纵向焊缝减弱系数最小孔桥减弱系数 理论计算厚度 锅壳厚度附加量 锅壳筒体名义厚度 筒体有效壁厚 锅壳筒体外径 锅壳筒体内径 下降管规格 表 设计时锅壳筒体上未加强孔的最大允许直径计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结 果锅筒内径 锅筒筒体有效壁厚筒体实际减弱系数 公式，（）未加强孔的最大允许直径 中图 校核下降管开孔无需补强计算 该锅炉设计计算时，选用规格 下降管，下降管开孔直径 为 ，小于未补强孔的直径，在最初设计时下降管开孔无需补强计算。实际检验时开孔校核根据此次实测数据，对上述锅壳筒体下降管开孔补强进行校核。对锅壳筒体的实际减弱系数 进行计算。下降管开孔附近的筒体壁厚 实测厚度，考虑到下一检验周期的腐蚀减薄量，此处腐蚀减薄量取值为 。实际检验时锅壳筒体上未加强孔的最大允许直径计算如表。关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨图 未补强孔的最大允许直径表 实际检验时锅筒筒体上未加强孔的最大允许直径计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结 果锅筒内径 锅筒筒体有效壁厚筒体实际减弱系数 公式，（）未加强孔的最大允许直径 中图 校核下降管开孔直径 为 ，大于未补强孔的直径，下降管开孔应进行补强计算。开孔及补强分析该锅炉使用较长时间后，在 年进行检验，以现在实际测厚数值 进行壁厚校核时，符合强度要求，但在开孔校核时，大于，下降管开孔应进行补强设计计算。下降管开孔补强计算下降管选用材料（），规格 ，下降管许用应力 ，设计时锅壳有效壁厚为 ，采用双面角焊管接头补强的结构型式。根据 中表 进行设计参数加强计算，见表。在最初设计时下降管补强计算是符合要求，其他条件不变，只考虑锅壳有效壁厚这个变量时，根据此次实测数据，当筒体壁厚变薄后，锅壳有效壁厚为，代入表，得，不成立。表 下降管最初设计参数加强计算名 称符 号结 果锅壳有效壁厚加强需要面积 起补强作用的面积求和 结论 成立 成立 下降管开孔补强计算不合格时，应采取技术措关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨施整改，补强计算合格后才能重新投入运行。降压使用计算当锅炉工作压力降到 ，经计算筒体实际减弱系数 为，未补强孔的直径为，下降管开孔直径 小于未补强孔的直径，下降管开孔无需补强。采用垫板与管接头联合补强的结构型式（），锅壳有效壁厚为 ，当垫板厚度 时，、均成立。结论该锅炉检验中发现下降管开孔补强不合格，存在安全隐患，应进行降压使用，或对下降管结构进行垫板补强。并且该锅炉应缩短内部检验周期；及时监控开孔处焊接是否有变形、泄漏现象，发现问题后应立即停止使用并及时向负责特种设备安全监督管理的部门报告。探讨壁厚满足整体强度要求的筒体不一定能满足开孔补强校核要求，开孔补强校核的主要影响因素为未加强孔的最大允许直径及开孔接管焊接结构型式的选择。未加强孔的最大允许直径与有效壁厚有关，壁厚变薄，会变大，未加强孔的最大允许直径就会变小。最初设计时，小于，开孔不用进行补强，但该锅炉在使用过程中，环境恶劣，筒体壁厚变薄严重，如果设计时没有太多考虑到后续的筒体壁厚变薄而选择的筒体壁厚裕量不够，随着壁厚变薄，最后 大于，补强计算时就可能不满足要求。当检验中发现局部结构强度不合格时，应采取技术措施整改，合格后才能重新投入运行。对此，笔者认为要在开孔补强设计、运行使用、检验检测等多方面进行考虑。（）开孔补强设计方面。锅炉在设计时要考虑锅壳有效壁厚及使用过程中的腐蚀情况。锅壳锅炉第 条要求：在可能发生严重腐蚀的情况下，应相应地增加腐蚀裕量的值。压力容器第 条要求：应根据预期的容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量。锅炉在标准和规范中并没有设计年限的说法，设计时更应合理地增加壁厚附加量，而不是单纯地取 作为最小腐蚀裕量。即使在使用过程中筒体壁厚有所减薄，但可以满足 小于的条件，无需补强设计计算的要求。另一方面，选用合适的开孔补强焊接结构型式，如采用双面角焊管接头补强的结构型式或选择垫板与管接头联合补强的结构型式，能在筒体壁厚变薄后到一定量值时仍能满足补强要求。（）锅炉运行使用过程方面。使用单位要采取措施，减少水垢生成，耐火层脱落后要及时修复，做好使用保养工作，减少筒体壁厚腐蚀减薄量。（）检验检测方面。锅炉运行过程中，筒体壁厚减薄，一般情况下会进行壁厚校核计算，通常强度校核可以满足要求，但往往忽略了开孔补强校核计算。检验机构进行定期检验时，不仅仅要进行壁厚校核，同时也要对开孔补强进行校核，及时发现安全隐患，采取整改措施以防止事故发生。参考文献 黄玉龙水管锅炉受压元件开孔补强方法探讨热力发电，（）：，锅炉安全技术监察规程 孙文顺受压元件开孔补强的几个问题锅炉制造，（）：锅壳锅炉 压力容器 工业锅炉 欢迎投稿欢迎订阅欢迎刊登广告关于锅壳锅炉下降管开孔及补强的探讨