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1、石油工程建设年第!期渭压力容器的热应力热疲劳热冲击综述∀续#次、门创、创油‘创,会或李王宽福∀浙江大学化机研究所#班0//!1浙江省杭州市忿∃∃%可不考虑热应力的情况材料的变形变得比较自由,内、外壁不再相互在压力容器设计和安全评定中,并不是所制约,因而使热应力趋于缓和。,有的情况下都要考虑热应力当热应力很小或1缓和热应力的措施,,设计时应特别注意2者相对于其它应力所占比重不大时可以不计为减小缓和热应力、热应力,主要有以下三种情况。∀#选择线膨胀系数小热导率大的材料,。∀#对于承受内压不是内加热的单层圆对降低热应力是有
2、效的,。筒形容器当内外壁温差满足下述经验不等式∀!#选择塑性较好的材料热应力是由于,,,,时可以不考虑热应力即各部分变形相互牵制而产生的因此当应力,△&毛∋尸∀(#达到屈服极限材料发生屈服时热应力不但不,,,式中△&一一内外壁温度差℃会继续增加反而在很大程度上会得到缓和△&)&内一&外它对强度的危害性要比由内压或其它机械载荷。内、、,&&外一内外壁温度℃引起的应力小得多,尸,∗+,,“∀0#焊接不同金属材料和衬里结构时应一设计压力,压力容器壁中的热应力大小,主要是由内尽可能选用线膨胀系数差别小的金属以减少。。一外壁的温差决定
3、的按−./(∀钢制压力因材料线膨胀系数不同而产生的热应力容器》标准规定,容器内压力适用范围不大于∀3#压力容器壳壁中热应力的大小和内外,,,0∗+,,按此要求计算得出最大允许温差壁的温差有着正比关系壁厚的增加会引起内,。,仅为0(∋℃,在这样的温差条件下所产生的外壁温差增大热应力随之也增大因此当热应力要比由于内压引起的应力小得多,不会处理内压产生的应力和过大热应力叠加的情况,,。时不宜通过增加壁厚来满足应力条件可靠对容器的运行安全构成威胁内加热容器由于内壁温度较外壁高,这样的途径是采取良好的保温措施以减小内外壁温差,而达到降低
4、热应力的目的。为了不致出现在容器内壁必然存在着由温差而引起的压缩应,力,而外壁则存在着拉伸应力,这种情况下产过大的热应力在某些压力容器的设计规范中,生的热应力,有时反而有利于厚壁容器壳体上已对容器壁厚予以一定限制如我国∀水管锅,。炉受压元件计算标准》对锅炉汽包的限制参见的应力分布可降低总应力但如果是外加热。容器,热应力的分布正好相反,会使内壁处于表3。表3直接受火锅炉汽包的最大允许壁厚更高的应力水平下工作∀!#当承受内压的内加热容器具有良好的工作条件最大允许壁厚∀∃#,、,4//℃的烟道或炉膛内!/一0/保温层时容器内外壁温度会
5、趋于一致使热应力大大减小,因而也可不考虑热应力。镇//℃的烟道内∀、,,0#当操作设计温度超过蠕变温度材∀#与压力容器相联接的管道有不少,、,料已产生蠕变则设计安全评定中可以不计是在高温或低温下运行的为保证热应力小于,,,要求热应力这是因为在高温蠕变的作用下壳壁许用应力安装温度与运行温度之差必须年第!期压力容器的热应力热疲劳热冲击综述∀续#。,。小于0匕毛当超过允许温差时为深证管道变形不受约束安全,必须采取温度补偿措施,以吸收部分或,。全部热膨胀量减小其热应力常用的温度补偿器有两种2一种是波纹式补偿器,就是将一,∀5#所
6、示6另段管道做成波纹形状如图一种是回折管式补偿器,它是将整个管子弯曲,,成各种回折式形状如图∀7#所示图中为。这种补偿器轴线之形状∀5#波纹管式补偿器一8一一厂飞几8一9∀7#回折式补偿一器∀7#:放大图减小热应力的沮度补偿器图%换热器外壳上的温度补偿器∀%#,在固定管板列管式换热器的壳体中∀(#在结构上尽可能消除和减少应力集,因温差而造成的热应力是很大的再加上内压中,以避免与热应力等叠加,成为裂纹起点和,和其它载荷引起的应力有可能使壳体局部发。结构失效的隐患,生屈服6管子中的热应力虽然较小但其为承∀#,在设计校核时针对热应力产
7、生的特,,压杆件在两端压力作用下有可能失稳许用点。进行重点校核外加热容器因外壁温度高于,应力值比较低6此外管子还有应力腐蚀问题内壁,温差使内壁产生拉伸热应力,而外壁产。其工作应力不能太大工程中采用了近似处理生压应力,这使内压容器的内壁工作于更高的,方法以温差是否超过/℃作为在固定管板应力水平,因此需校核内壁当量应力。内加热,式换热器壳体上设置膨胀节的断判条件当温,,温容器则相反由于内壁温度高于外壁差使,,差超过/℃时就需在外壳上加温度补偿器内壁产生压应力,而外壁产生拉应力,与内压,其形式如图%所示也可改用一端可以自由伸叠加后外壁将
8、更危险,因此应对外壁进行校核。缩的浮头式换热器或螺旋管式换热器,以避免(热疲劳。过大的热应力热疲劳是由温度变化引起的热应力循环作∀1#对于固定在地面或大型铸铁架支座上用导。致的疲劳容器操作温度周期性发生较大的卧式储罐,为防止因工作温度的影响产生较幅
