一种蒸汽发生器的结构应力校核方法技术

本申请属于机械装备工程中的蒸汽发生器技术领域，特别是涉及一种管壳式蒸汽发生器的结构应力校核方法，本方法将蒸汽发生器的结构分解为四个部分，对这四个部分分别进行个体及连接边缘的应力分析，因此能够对每个部分采取有针对性的算法，避免了现有技术中单独采用有限元算法而导致的校核过程过于复杂的问题，并且的，这种分解能够全面的反应蒸汽发生器各个结构的情况，从而确保使校核结果全面且准确。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于机械装备工程中的蒸汽发生器
，特别是涉及一种管壳式蒸汽发生器的结构应力校核方法。
技术介绍
石化公司硫磺回收装置反应炉蒸汽发生器、或转化器蒸汽发生器的基本结构是卧置固定管板式换热器，其挠性薄管板的折边与壳体采用焊接形式形成周边固支连接，其工作原理是低压高温烟气或合成气从一端管箱进入，通过炉管与壳程的锅炉水换热后从另一端管箱流出，降温幅度显著，常达450℃，有的管程进口侧过程气温度高达1450℃，该管板的管程侧设置了锚固钉锚固的耐磨隔热层，对管头进行保护。长期工程实践中，类似管板的关联结构、特别是管板周边与圆筒壳体的连接结构较容易发生失效，因此，在设计和制造过程中对蒸汽发生器的结构应力进行校核(即判断其结构在在设计压力下产生的应力是否小于许可应力)是十分关键。然而，目前对结构应力的设计、校核过程或是比较片面而不够准确，或是过于复杂而在实践中难以推广。
技术实现思路
本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种校核结果全面、准确且校核过程较为简单的蒸汽发生器的结构应力校核方法。本申请的目的通过以下技术方案实现：一种蒸汽发生器的结构应力校核方法，将蒸汽发生器分解为由管束支撑的管板布管区、管束、板周边的圆弧折边过渡区和壳程圆筒体四个元件，对各个元件分别进行应力计算和校核。其中，对于被壳程设计压力ps直接作用的元件，分别计算并判断各个元件因设计压力ps产生的一次应力是否小于许用应力，从而校核一次应力是否达标；如果一次应力校核达标，则对于各元件之间的变形协调在连接边界上产生边界力，以及管板布管区中由管板布管区周边变形协调产生的薄膜应力和弯曲应力，则为二次应力，按许用应力校核二次应力是否达标。其中，所述圆弧过渡区的薄膜应力通过局部环壳法计算，所述局部环壳法是指将圆弧过渡区视为环壳中的弧段，并忽略该弧段的边缘载荷。其中，所述圆弧过渡区的薄膜应力通过当量圆平板法计算，所述当量圆平板法是指将圆弧过渡区视为圆平板，且圆平板的半径R′取圆弧过渡段的宽度b的一半。其中，计算管板布管区的一次应力时，将其将所述管板布管区简化为弹性基础支承的圆平板。其中，对所述壳程圆筒体，计算并校核其在内压作用下受到的环向薄膜应力。其中，对所述管束，计算并校核其在管程和壳程内压作用下受到轴向拉应力和环向薄膜应力本申请的有益效果：本专利技术将蒸汽发生器的结构分解为四个部分，对这四个部分分别进行个体及连接边缘的应力分析，因此能够对每个部分采取有针对性的算法，避免了现有技术中单独采用有限元算法而导致的校核过程过于复杂的问题，并且的，这种分解能够全面的反应蒸汽发生器各个结构的情况，从而确保使校核结果全面且准确。附图说明利用附图对申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是蒸汽发生器中间段的主体结构示意见图。图2是折边与壳体的连接结构。图3是单一换热管的管头连接结构(管头结构)。图4是环壳模型图。图5是壳程设计压力单一载荷作用下的径向弯曲应力分布图(无折边管板径向弯曲应力公布曲线)。具体实施方式结合以下实施例对本申请作进一步描述。1案例及其应力分析思路1.1结构分解某蒸汽发生器中间段的主体结构示意见图1，忽略两端管箱结构的影响，图1中折边(挠性薄管板)与壳体的连接结构见图2，基本尺寸是DN3400mm×68mm，设计参数如表1所示。表1 设计参数将蒸发器主体结构分解为四部分：a由管束支撑的管板1布管区，简化为弹性基础支承的圆平板；b管束3，弹性基础；c管板1周边的折边2过渡区，相当于局部环壳；d壳程圆筒体，即圆柱壳。1.2载荷及其主要应力主要载荷是壳程设计压力ps＝4.5MPa，管程设计压力pt＝0.28MPa，以及管程和壳程的金属壁温差ΔT＝Tt-Ts＝360-260＝100℃。需要计算评估的主要应力分为两部分：1)由壳程设计压力ps直接作用在上述各元件上产生的一次应力，按相应的许用应力校核；2)由壳程设计压力ps作用下，各元件自由变形中伴随着产生一次总体应力的同时，各元件之间的变形协调在连接边界上产生边界力，并由此产生二次应力。管板1中的主要应力是由管板1周边变形协调产生的边界剪力和弯矩引起的弯曲应力，此应力可按二次应力处理，按许用应力校核。其他元件如圆筒体、管板1周边圆弧过渡段、管束3等在变形协调边界力作用下产生的一次应力和二次应力的组合都可以按来控制。2内压作用下的一次应力计算2.1壳程圆筒体的总体环向薄膜应力该应力属于拉应力，按GB 150.3-2011的中径公式(3-3)式计算。 σ t = p c ( D i + δ e ) 2 δ e = 4.5 × ( 3400 + 66.5 ) 2 × 66.5 ≈ 117.29 M P a - - - ( 1 ) ]]>式中计算压力pc取设计压力ps，壳壁有效厚度δe＝66.5mm，许用应力根据壳程设计温度按GB 150.3-2011中的表2插值计算得焊接接头系数φ＝1.0，则σt＜ 壳程筒体强度校核通过。2.2换热管(即为管束3中的单一管)总体环向薄膜应力该应力属于压应力，按GB 150.3-2011中的外压圆筒计算。1)确定外压应变系数Aa取换热管受压失稳当量长度为两相邻支持板或支持板与相邻管板1的最大间距，L＝2190mm；b计算长径比和径厚比，即L/Do＝2190/38≈57.6＞50，Do/δe＝38/5＝7.6＜20；c查外压应变系数，实取L/Do＝50和Do/δe＝7.6查GB 150.3-2011中的图4-2，得A＝0.022)确定外压应变系数Ba根据换热管材料20G确定其外压应变系数B曲线图是GB 150.3-2011中的图4-5；b查外压应变系数，实取A＝0.1查得B＝139MPa。3)确定许用外压力[p]a计算许用外压力的选择分项一，即 ( 2.25 D o / &本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽发生器的结构应力校核方法，其特征在于：将蒸汽发生器分解为由管束支撑的管板布管区、管束、板周边的圆弧折边过渡区和壳程圆筒体四个元件，对各个元件分别进行应力计算和校核。

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽发生器的结构应力校核方法，其特征在于：将蒸汽发生器分解为由管束支撑的管板布管区、管束、板周边的圆弧折边过渡区和壳程圆筒体四个元件，对各个元件分别进行应力计算和校核。2.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器的结构应力校核方法，其特征在于：对于被壳程设计压力ps直接作用的元件，分别计算并判断各个元件因设计压力ps产生的一次应力是否小于许用应力，从而校核一次应力是否达标；如果一次应力校核达标，则对于各元件之间的变形协调在连接边界上产生边界力，以及管板布管区中由管板布管区周边变形协调产生的薄膜应力和弯曲应力，则为二次应力，按许用应力3[σ]t校核二次应力是否达标。3.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器的结构应力校核方法，其特征在于：所述圆弧过渡区的薄膜应力通过局部环壳法计算，所述局...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孙艺，
申请(专利权)人：茂名重力石化机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44