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        大型空分機組蒸汽流量計加固夾具設(shè)計與應(yīng)用

        2019-07-04 09:43:50時傳興
        設(shè)備管理與維修 2019年5期
        關(guān)鍵詞:耳板夾具螺栓

        時傳興

        (山東華魯恒升化工股份有限公司,山東德州 253000)

        0 引言

        噴嘴蒸汽流量計[1]在空分機組中應(yīng)用廣泛,主要用于測量汽輪機蒸汽流量,是反映壓縮機運行效率參數(shù)的重要設(shè)備之一。某公司大型空分裝置100 000 m3/h(O2)機組S98蒸汽壓力管道上設(shè)置了噴嘴式蒸汽流量計,由于制造廠家疏忽,流量計中部環(huán)焊縫存在焊材選用錯誤的可能性,但是因溫度過高不具備在線焊縫處材料確認和無損檢測條件。因此,需要一種高強度且耐高溫的夾具對流量計焊縫進行臨時性在線加固,同時進行實時監(jiān)控,根據(jù)實際情況及時調(diào)整生產(chǎn)模式,避免流量計發(fā)生蒸汽泄漏造成事故。

        1 流量計參數(shù)及潛在缺陷

        存在可能性缺陷的流量計水平安裝在汽輪機入口前S98主蒸汽壓力管道上,日常運行壓力9 MPa,運行溫度達540℃,流量范圍(159~260)t/h,基本設(shè)備參數(shù):主要受壓元件材料A335 GR.P91,噴嘴設(shè)計壓力10.31 MPa/溫度545℃,管道規(guī)格355.6307.94 m,流量計本體430307.94 mm。流量計主要由2個左右對稱的導(dǎo)管焊接而成,如果選用不適應(yīng)該運行溫度下的焊材進行焊接,中部焊縫和鍛件母材熔合面位置會存在開裂泄漏的可能性。流量計結(jié)構(gòu)和缺陷位置如圖1所示。

        圖1 噴嘴蒸汽流量計外形及缺陷位置

        2 夾具設(shè)計

        2.1 緊固夾具計算

        夾具的厚度和外徑需要進行強度計算。本管道內(nèi)介質(zhì)為高壓蒸汽,溫度為540,決定夾具采用304不銹鋼材料,螺栓采用GH4145材料。

        (1)夾具設(shè)計不但要考慮強度,而且要考慮剛性。緊固夾具的計算厚度 S,按式(1)[2]計算。

        式中S——夾具計算厚度,mm

        P——夾具設(shè)計壓力,MPa

        D——管道外直徑,mm

        P修正為P=PL+5 MPa,其中,PL是管道運行壓力。夾具厚度為130 mm,滿足強度要求,夾具在管道系統(tǒng)壓力下不會破壞和變形,因設(shè)計時選用更高壓力。

        (2)緊固夾具螺栓連接耳板厚度 t,按式(2)[2]計算。

        式中C——夾具密封空腔寬度,mm

        L1——耳板雙螺栓孔中心線至緊固夾具外側(cè)面的距離,mm

        P——夾具設(shè)計壓力,MPa

        D——管道外直徑,mm

        a——夾具耳板的寬度,mm

        耳板厚度為120 mm,滿足強度要求,夾具在管道系統(tǒng)壓力下不會破壞和變形,因設(shè)計時選用更高壓力。

        (3)緊固夾具連接螺栓計算。該螺栓用于緊固2個對半的夾具構(gòu)件,每個夾具用2個螺栓連接,緊固夾具連接螺栓的小徑d1,按式(3)[2]計算。

        式中d1——計算小徑,mm

        Ck——預(yù)緊和剛性系數(shù),Ck=1.5

        C——夾具密封空腔寬度,mm

        P——夾具設(shè)計壓力,MPa

        D——管道外直徑,mm

        n——連接螺栓數(shù)量

        連接螺栓為30 mm,滿足強度要求,夾具在管道系統(tǒng)壓力下不會破壞和變形,因設(shè)計時選用更高壓力。

        (4)緊固夾具軸向連接螺栓強度校核。GH4145合金是一種鎳基耐高溫合金,具有優(yōu)良的成形性能[3],棒材可用于高強度的螺栓加工,近似牌號為Inconel X-750。在545時,材料的屈服強度400 MPa,取安全系數(shù)為2,則許用應(yīng)力用為200 MPa。M30螺栓時螺紋小徑為27 mm,現(xiàn)計算單跟螺栓在時的屈服強度為229 kN。沿管道軸向方向設(shè)計16個連接螺栓,可承受總拉力F1為3664 kN;管道內(nèi)介質(zhì)作用在管道上的拉力計算;可知,強度校核合格。

        2.2 夾具外形設(shè)計

        加固夾具采用兩半對稱式結(jié)構(gòu),組裝后的內(nèi)圓內(nèi)徑可以通過對比噴嘴蒸汽流量計圖紙和現(xiàn)場測繪進行確定,由于導(dǎo)管外徑357 mm,現(xiàn)選用夾具內(nèi)徑為359 mm;按照計算結(jié)果進行尺寸設(shè)計。

        3 安裝施工

        (1)施工前對管道進行一定程度的泄壓降溫處理,保證安全作業(yè)環(huán)境,同時拆除流量計處保溫并對管道表面清理。

        (2)根據(jù)現(xiàn)場焊縫部位,進行測量管道的外部尺寸,繪制緊固夾具圖紙。

        (3)根據(jù)管道介質(zhì),溫度、壓力,選用和母材相近或高于母材性能的材料制作緊固夾具。

        (4)工時需穿戴安全帶;管內(nèi)介質(zhì)溫度壓力較高,施工時需采取相應(yīng)的防護措施。

        (5)施工人員分別在兩片緊固夾具上焊接拉環(huán)。

        (6)把制作好的兩片緊固夾具分別安裝到管道連接焊口的兩側(cè),勻速緊固螺栓。

        (7)使用連接螺栓將兩片緊固夾具連接,防止管道連接焊縫崩開(螺栓擰緊時應(yīng)對稱緊固,避免受力不均)。

        (8)在緊固夾具上方框架頂部鋼梁上焊接槽鋼,并在槽鋼上焊接吊環(huán)夾具,然后使用30 mm,長3200 mm的螺絲杠與緊固夾具的拉環(huán)連接,避免夾具對管道造成損害。

        (9)清理打掃現(xiàn)場,施工人員離開。

        夾具安裝示意見圖2。

        4 結(jié)語

        通過現(xiàn)場測繪和強度計算,設(shè)計了一種高強度且耐高溫的夾具,可以對可能存在缺陷的流量計進行了臨時性在線加固。同時采取實時監(jiān)控,并調(diào)整生產(chǎn)模式以便于夾具的安裝施工。通過夾具的設(shè)計與成功應(yīng)用,有效避免潛在缺陷造成的管道開裂造成的不良影響,保證裝置的平穩(wěn)運行。

        圖2 夾具安裝

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