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某熱電廠(chǎng)為滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，從芬蘭AHLSTROM PYROPOWER公司引進(jìn)了一臺(tái)規(guī)格220 t/h循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐主要由燃燒室、水冷壁、鍋殼、旋風(fēng)分離器、過(guò)熱器、省煤器、除渣器等組成。由燃燒室中逸出的煙道氣，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器和過(guò)熱器后進(jìn)入省煤器。省煤器是一個(gè)螺旋管結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部氣體自上而下流動(dòng)。而鍋爐給水則通過(guò)吊掛管自下而上流動(dòng)。在省煤器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)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(dān)省煤器、過(guò)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(jù)省煤器的具體結(jié)構(gòu)及安裝要求，該吊掛管需要在安裝過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)組焊對(duì)接。但在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該吊掛管上下兩部分的對(duì)焊口存在錯(cuò)口，錯(cuò)口距離達(dá)45 mm。見(jiàn)圖1所示。
基于設(shè)備實(shí)際結(jié)構(gòu)的限制，并考慮到工程的實(shí)際進(jìn)度情況，吊掛管的現(xiàn)場(chǎng)組焊必須通過(guò)冷拉強(qiáng)行對(duì)口，即對(duì)其施加一定的力和力矩，使接口被強(qiáng)制對(duì)中，再行組焊。圖2為經(jīng)冷拉對(duì)口焊接后的結(jié)構(gòu)。
本文對(duì)冷拉對(duì)口焊接后的吊掛管的強(qiáng)度情況、設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行了較詳細(xì)的有限元分析。
對(duì)流室吊掛管安裝系統(tǒng)示意如圖3所示。在1點(diǎn)，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(diǎn)，吊掛管被頂壁所固定；4點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)口焊接位置；3點(diǎn)為冷拉彎曲點(diǎn)；5點(diǎn)支撐過(guò)熱管，相當(dāng)于簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)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(shù)α及許用應(yīng)力見(jiàn)表1。
使用符合ANSI/ASME B31.1(1992)之規(guī)定的CAEPIPE 386 V3.7 Rev 1程序，進(jìn)行吊掛管的各點(diǎn)受力分析和應(yīng)力計(jì)算。將整個(gè)吊掛管分為6個(gè)節(jié)點(diǎn)，5個(gè)管單元。分兩種載荷情況進(jìn)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(dāng)量應(yīng)力發(fā)生在3節(jié)點(diǎn)，Smax=(σ1-σ3)=173.6 MPa。根據(jù)ASME鍋爐及受壓容器規(guī)范的強(qiáng)度判定條件，吊掛管受這些組合載荷作用下的強(qiáng)度條件為1.5KSm=185.5 MPa，Smax<1.5KSm，可見(jiàn)滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。
通過(guò)上述計(jì)算和分析可以看出，在吊掛管冷拉對(duì)口的情況下，其焊接后管子的強(qiáng)度仍可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，可以投入使用。2年來(lái)鍋爐省煤器(包括吊掛管)運(yùn)行情況良好，也說(shuō)明了原來(lái)計(jì)算分析的可靠性。
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