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柳钢6号高炉热风直管补偿器泄漏修复实践

时间:2019-11-14 06:02来源:柳州钢铁股份极速赛车怎么押注炼 作者:曾 闯 赵泽文 韩 点击:
  • 摘  要  避免热风管道耐火砖衬损坏,减少波纹补偿器原位外包检修用时较长的弊端,进行波纹补偿器在线修复和移位修复,减少高炉休风时间,恢复管系热位移补偿效果。

    关健词  补偿器泄漏  碳钢包   热位移   盲板力  管道大拉杆


    1  前言

    输送各种介质的管道都存在热胀冷缩的现象,为消除管道因温差变形所产生的应力影响,绝大部分管道都进行了补偿设计,其中,采用波纹补偿器进行管道热补偿的设计较普遍、经济,但因设备使用环境复杂,影响使用寿命的不确定因素较多,波纹补偿器的使用寿命难预计,当出现泄漏后,采取及时有效的处理方案,可最大限度的减少对生产的影响。

    2013年4月8日,6号高炉热风直管补偿器发生腐蚀泄漏,通过综合分析判断,决定分阶段采取临时处理和彻底处理的两个方案,最终以相对较小的代价解决了本次热风直管波纹补偿器的泄漏故障。

    2  方案可行性分析

    该热风直管原采用自由复式波纹补偿器,外带四根Φ105管道大拉杆的形式,对轴向和径向产生的热位移进行补偿,以防止热风直管、高炉因温差变化产生的热位移,作用在热风围管上,造成送风装置移位、风口漏风,影响生产。

    本次发生泄漏的补偿器已投用约8年,从不锈钢波纹的波峰处轴向开裂约100mm,属化学腐蚀。见图1:

    image.png

    临时处理方案采取在线原位安装碳钢包的措施,进行紧急封堵,以防止泄漏热风对流时间过长,冲刷砖衬裂缝,造成泄漏扩大、紧急停产。

    彻底处理方案采取移位外包不锈钢波纹补偿器的措施,达到减少检修时间、恢复补偿器功能的目的。

    下面就具体方案的可行性进行分析。

    2.1  临时处理方案

    在线原位安装碳钢包的临时处理方案,在高炉正常生产的过程中实施。此时,管道热膨胀已到位,只要生产正常,无休慢风导致管道冷却产生冷缩,碳钢包则不会变形、受力。

    原管道外径为Φ2594,补偿器波纹高度80mm、新增耐高温纤维毡厚度约200mm,碳钢包最小直径D=2054mm,考虑卷管误差及拼装方便,碳钢包直径 设定为3200mm,长度约2m。为保障措施安全,需对碳钢包壁厚进行核算。

    2.1.1  碳钢包设计壁厚核算

    (1)已知条件:1)工作压力P=0.4MPa;2)工作温度t=150℃。

    (2)管道理论壁厚计算:

      =6.65mm公式(1)

    上式中    δ——管道计算壁厚(mm);

    P ——设计压力(MPa);

               ——管道外径(mm);

               ——钢管在设计温度t下的许用应力(MPa)=113MPa;

               ——焊接接头系数=0.85;

    Y——系数,对于≤482℃钢管,Y=0。4,510℃,Y=0。5。

    (3)管道设计壁厚计算:

       =δ+C=8mm公式(2)

    C=  =1.35mm公式(3)

    上式中     ——管道设计壁厚(mm);

              C——管道壁厚附加量(mm);

               管道壁厚负偏差附加量,包括加工、开槽和螺纹深度及材料厚度负偏差(mm);

               ——管道壁厚腐蚀附加量(mm);

              δ——管道计算壁厚(mm);

    通过查表所知: =0。6mm; =0。75mm。

    根据公式(2)计算,可采用δ8钢板卷制Φ3200碳钢包,在保障高炉不休风的前提下,进行泄漏波纹补偿器的临时紧急封堵。

    2.1.2  方案实施内容

    (1)在损坏的补偿器与碳钢包之间,填充约200mm厚耐高温纤维毡,防止泄漏点热辐射直吹碳钢包造成炭化,降低碳钢包强度。

    (2)碳钢包制安。将补偿器泄漏点处的碳钢包预留约400mm长最后焊接,并安装DN50手动泄压球阀,保障焊接收口。

    2。2  彻底处理方案

    采取移位外包不锈钢波纹补偿器的彻底处理方案,主要达到减少检修时间、恢复补偿器功能的目的,防止热风直管、高炉因温差变化产生的热位移对热风围管及送风装置产生影响。见图2、图3:

    image.png

    image.png

    外包不锈钢波纹补偿器长度约1800mm,紧邻旧碳钢包,其最大直径比原补偿器大,内压产生的盲板力已增大,为保障管系安全,需重新核算4根Φ105管道大拉杆的最大受力,以确定外包不锈钢波纹直径。

    2.2.1  外包不锈钢波纹补偿器最大直径核算

    (1)已知条件:1)工作压力P=0.4MPa;2)工作温度t=150℃;3)大拉杆抗拉许用应力[δ]= 1130kg/ ;

    (2)盲板力:F=P×  公式(4)

    上式中:  P——工作压力(MPa);

               ——补偿器最大截面积( ),未知。

    (3)单根螺栓承载力:Ne=π(2d-1。8763t)2[δ]/16=88421。7kg=884217N公式(5)  

    上式中:  Ne——抗拉承载力(kg)

    d——螺栓直径:10.5cm;

              t—— 螺纹间距:0。55cm;

              [δ]——抗拉许用应力:1130kg/     

    (4)保守计算,按3根大拉杆受力,则:3×Ne≥F公式(6)

    根据公式(4)、(6) ≤ ≤    ≤1453mm公式(7)

    上式中: ——补偿器最大半径(mm)

    根据上述公式计算,补偿器最大直径D=2× 2906mm公式(8)

    故外包不锈钢波纹补偿器尺寸确定:通径D=2700mm,波高=75mm,最大截面直径=2850mm。 

    2.2.2  方案实施内容

    (1)将外包不锈钢波纹补偿器分成四瓣制作。

    (2)高炉休风前,完成外包补偿器现场拼装,管道与新补偿器之间填充耐高温纤维毡,减少热辐射对不锈钢波纹的影响。

    (3)高炉休风后,割除旧碳钢包,旧补偿器保护拉杆、环板、铠甲环。同时,为减少旧补偿器弹性反力,在不锈钢波纹上均布钻10个φ40通孔,新接短管与外包补偿器拼接后,安装补偿器新铠甲环,进行试压。

    (4)注意事项:新接短管因承受补偿器弹性反力作用,需要一定的强度,故采用δ12钢板卷制。同时,新接短管、外包补偿器都存在制安误差,为方便对接,需提前在外包补偿器与新接短管连接端,焊接宽度约50mm—80mm的δ12环板。

    3  结语

    本次6#高炉热风直管补偿器泄漏故障,采取分两个阶段处理的方案,达到了以下几个目的。

    (1)减少高炉休风频次,节约检修时间:

    临时处理方案在线施工,不影响正常生产。

    彻底处理方案中,较耗时的不锈钢波纹补偿器安装工作,提前在线焊接到位,不占用检修休风时间。

    (2)恢复了该段管系补偿器的补偿功能,避免了热风直管、高炉因温差变化产生的热位移对热风围管及送风装置产生的影响。

    同时,成功处理好6#高炉热风直管补偿器泄漏的故障,为今后热风管道补偿器泄漏故障的处理,提供了较好的技术支撑。

    4  参考文献

    [1] 《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册.北京:机械工业出版社,2006.1.

    [2] 徐灏主编.机械设计手册/第1卷/[M].北京:机械工业出版社,1991.9.

    (责任编辑:zgltw)
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