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        省煤器吊掛管焊接后的有限元分析

        發布于:2022-05-09 21:01
        有限元分析

              某熱電廠為滿足生產需要,從芬蘭AHLSTROM PYROPOWER公司引進了一臺規格220 t/h循環流化床鍋爐。該鍋爐主要由燃燒室、水冷壁、鍋殼、旋風分離器、過熱器、省煤器、除渣器等組成。由燃燒室中逸出的煙道氣,經過旋風分離器和過熱器后進入省煤器。省煤器是一個螺旋管結構,在其內部氣體自上而下流動。而鍋爐給水則通過吊掛管自下而上流動。在省煤器內部實現熱量交換,充分利用煙道氣的熱能。
              該省煤器的吊掛管既要承擔省煤器、過熱器(Ⅰ、Ⅲ)及集管的全部重量,又要承受鍋爐給水的壓力。根據省煤器的具體結構及安裝要求,該吊掛管需要在安裝過程中現場組焊對接。但在現場安裝過程中發現,該吊掛管上下兩部分的對焊口存在錯口,錯口距離達45 mm。見圖1所示。
              基于設備實際結構的限制,并考慮到工程的實際進度情況,吊掛管的現場組焊必須通過冷拉強行對口,即對其施加一定的力和力矩,使接口被強制對中,再行組焊。圖2為經冷拉對口焊接后的結構。
              本文對冷拉對口焊接后的吊掛管的強度情況、設備的現場運行情況進行了較詳細的有限元分析。
              對流室吊掛管安裝系統示意如圖3所示。在1點,吊掛管焊接在省煤器出口集管上,并支撐其上面的重量;在2點,吊掛管被頂壁所固定;4點為現場對口焊接位置;3點為冷拉彎曲點;5點支撐過熱管,相當于簡支結構。簡化后的吊掛管的支撐及受力如圖4所示。
              SA-210 A.l其泊松比μ=0.3。彈性模量E、熱膨脹系數α及許用應力見表1。
              使用符合ANSI/ASME B31.1(1992)之規定的CAEPIPE 386 V3.7 Rev 1程序,進行吊掛管的各點受力分析和應力計算。將整個吊掛管分為6個節點,5個管單元。分兩種載荷情況進行考慮,一種是非加熱情況,另一種是正常工作情況。
              由表4可以看出,最大當量應力發生在3節點,Smax=(σ1-σ3)=173.6 MPa。根據ASME鍋爐及受壓容器規范的強度判定條件,吊掛管受這些組合載荷作用下的強度條件為1.5KSm=185.5 MPa,Smax<1.5KSm,可見滿足強度條件。
              通過上述計算和分析可以看出,在吊掛管冷拉對口的情況下,其焊接后管子的強度仍可滿足強度要求,可以投入使用。2年來鍋爐省煤器(包括吊掛管)運行情況良好,也說明了原來計算分析的可靠性。


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