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合成氨二段转化废热锅炉失效研究

作　者: 周召贵
导　师: 黄卫星；韦俊林
学　校: 四川大学
专　业: 化学工程
关键词: 废热锅炉 失效分析 疲劳裂纹扩展 热力计算 合成氨
分类号: TQ113.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


本文研究合成氨二段转化废热锅炉管板-管子连接部位的裂纹穿透失效及其影响因素，为废热锅炉的运行、检修、更新提供依据。 论文首先对合成氨二段转化废热锅炉失效特征、原因进行了分析，发现失效的直接原因是水质、列管温度和水的局部循环状态共同作用下产生的大面积结垢和严重腐蚀穿孔；而列管更换中焊接质量差亦是造成废热锅炉多次泄漏的重要原因。 其次，对管板及其与管子连接处角焊缝焊接应力进行了有限元模拟计算；根据疲劳裂纹扩展判据和列管-管板角焊缝焊接应力形成原理，用断裂力学方法计算了焊接接头裂纹尺寸、临界裂纹尺寸和疲劳寿命，进一步说明疲劳裂纹扩展速度，表明气侧焊缝区与近焊缝区存在很高的焊接残余应力；在交变载荷作用下，高应力区易发生疲劳裂纹扩展，导致废热锅炉多次泄漏。 同时还对废热锅炉进行了热力计算与分析，发现废热锅炉的热负荷设计是保守的，未超过临界负荷，水循环平均特性合理，但局部水循环不尽合理，导致局部结垢、升温和腐蚀。 根据所分析的废热锅炉失效原因，提出了防止废热锅炉失效的措施。在运行时，确保水质指标，控制开车、停车速度，保持装置运行稳定；在列管出现大量泄漏后需要更换列管时，注意取管和列管焊接顺序，保证焊接质量，焊后热处理时，防止出现加热板断电现象，造成管板上存在巨大焊接应力；在管板上出现少量泄漏时，采用金相、着色、磁粉、测厚、气密性试验、水压试验等方法进行查漏，消除裂纹后补焊，并进行焊后热处理；在结构上，建议调整下降管位置，增加中间隔板，改善局部水循环；在管口保护上，保护套管长度增长；在管箱保护上，将刚玉质浇注料改为刚玉砖。

全文目录


第一章 绪论  7-19
  1.1 废热锅炉及其发展趋势  7-10
    1.1.1 废热锅炉概述  7-8
    1.1.2 废热锅炉发展趋势  8-10
  1.2 国内大型化肥厂合成氨废热锅炉使用状况  10
  1.3 建峰化肥厂合成氨二段转化废热锅炉的失效问题  10-15
    1.3.1 合成氨二段转化废热锅炉(100E8)基本情况  10-11
    1.3.2 100E8运行中出现的问题  11-15
  1.4 研究课题的提出  15-18
  1.5 主要研究内容与目的  18-19
第二章 100E8失效特征及原因分析  19-23
  2.1 列管穿孔泄漏分析  19
  2.2 管板泄漏比较分析  19-21
    2.2.1 进、出口管板出现大量泄漏的原因  20
    2.2.2 进、出口管板泄漏比较分析  20-21
  2.3 水压试验泄漏分析  21-22
  2.4 管板反复泄漏分析  22-23
第三章 疲劳裂纹扩展分析及应力有限元计算  23-44
  3.1 疲劳裂纹扩展判据和疲劳裂纹扩展计算公式  23-24
  3.2 100E8管板与列管角焊缝的焊接应力有限元计算和热处理  24-31
    3.2.1 100E8管板与列管角焊缝的焊接应力  24-31
    3.2.2 焊接热处理同焊接接头材料性能和焊接残余应力的关系  31
  3.3 100E8管板应力有限元计算  31-43
    3.3.1 100E8有限元模型与边界条件  32-33
    3.3.2 100E8有限元计算使用的材料参数  33-35
    3.3.3 100E8承受的载荷  35
    3.3.4 管板应力水平有限元计算结果  35-39
    3.3.5 管板与列管焊接接头临界裂纹尺寸计算  39-43
  3.4 影响100E8疲劳裂纹扩展因素分析  43-44
第四章 热力计算与分析  44-54
  4.1 传热计算分析  44-47
    4.1.1 传热计算结果  44-46
    4.1.2 临界热负荷计算  46
    4.1.3 计算结果分析  46-47
  4.2 水循环特性分析  47-49
    4.2.1 水循环平均特性分析  47-49
    4.2.2 分段水循环特性分析  49
  4.3 管板温度场计算与分析  49-54
第五章 防止废热锅炉失效的措施  54-58
  5.1 确保水质指标  54-55
  5.2 列管更换措施  55
  5.3 检修措施  55-56
  5.4 防止泄漏和疲劳裂纹扩展  56
  5.5 结构改进建议  56-58
第六章 结论与建议  58-59
参考文献  59-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本无机化学工业 > 氨和铵盐工业 > 合成氨工业
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