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省煤器吊挂管焊接后的有限元分析

发布于:2022-05-09 21:01
有限元分析

      某热电厂为满足生产需要,从芬兰AHLSTROM PYROPOWER公司引进了一台规格220 t/h循环流化床锅炉。该锅炉主要由燃烧室、水冷壁、锅壳、旋风分离器、过热器、省煤器、除渣器等组成。由燃烧室中逸出的烟道气,经过旋风分离器和过热器后进入省煤器。省煤器是一个螺旋管结构,在其内部气体自上而下流动。而锅炉给水则通过吊挂管自下而上流动。在省煤器内部实现热量交换,充分利用烟道气的热能。
      该省煤器的吊挂管既要承担省煤器、过热器(Ⅰ、Ⅲ)及集管的全部重量,又要承受锅炉给水的压力。根据省煤器的具体结构及安装要求,该吊挂管需要在安装过程中现场组焊对接。但在现场安装过程中发现,该吊挂管上下两部分的对焊口存在错口,错口距离达45 mm。见图1所示。
      基于设备实际结构的限制,并考虑到工程的实际进度情况,吊挂管的现场组焊必须通过冷拉强行对口,即对其施加一定的力和力矩,使接口被强制对中,再行组焊。图2为经冷拉对口焊接后的结构。
      本文对冷拉对口焊接后的吊挂管的强度情况、设备的现场运行情况进行了较详细的有限元分析
      对流室吊挂管安装系统示意如图3所示。在1点,吊挂管焊接在省煤器出口集管上,并支撑其上面的重量;在2点,吊挂管被顶壁所固定;4点为现场对口焊接位置;3点为冷拉弯曲点;5点支撑过热管,相当于简支结构。简化后的吊挂管的支撑及受力如图4所示。
      SA-210 A.l其泊松比μ=0.3。弹性模量E、热膨胀系数α及许用应力见表1。
      使用符合ANSI/ASME B31.1(1992)之规定的CAEPIPE 386 V3.7 Rev 1程序,进行吊挂管的各点受力分析和应力计算。将整个吊挂管分为6个节点,5个管单元。分两种载荷情况进行考虑,一种是非加热情况,另一种是正常工作情况。
      由表4可以看出,最大当量应力发生在3节点,Smax=(σ1-σ3)=173.6 MPa。根据ASME锅炉及受压容器规范的强度判定条件,吊挂管受这些组合载荷作用下的强度条件为1.5KSm=185.5 MPa,Smax<1.5KSm,可见满足强度条件。
      通过上述计算和分析可以看出,在吊挂管冷拉对口的情况下,其焊接后管子的强度仍可满足强度要求,可以投入使用。2年来锅炉省煤器(包括吊挂管)运行情况良好,也说明了原来计算分析的可靠性。


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