论文摘要
某大型电厂一台高压加热器筒体环焊缝下部位置自2001年2月以来多次发生泄漏,严重影响了电厂的安全生产,该电厂与其类似的泄漏事故也时有发生。分析泄漏的原因和防止措施已成为电厂安全生产的急需。本文通过试验测定和有限元模拟等研究,分析了该高压加热器的温度和应力变化情况,并对加热器的疲劳寿命与安全性进行了分析评估。本文主要研究内容和取得的成果如下:(1)通过在筒体外壁布置的热电偶测量和有限元模拟方法,对该高压加热器筒体泄漏部位截面附近的温度分布和变化规律进行了研究。测量和模拟计算结果表明,在所研究的筒体横截面上左右温度不对称,汽液交界面附近的温度分布不均匀,说明包壳存在蒸汽内泄漏,冷凝液的温度与蒸汽温度有一定的差值,使汽液交界面附近的筒体壁温存在明显的波动。(2)用高温应变片测量了筒体泄漏部位截面附近的应力分布。用有限元方法对不同工况(包括存在蒸汽内泄漏和不存在蒸汽内泄漏)下加热器筒体的应力场进行了分析计算。测量和模拟计算结果表明,7点钟位置存在最大交变应力幅,实测的交变应力幅为34MPa,对应模拟计算值为35MPa。若包壳内泄漏增大引起7点钟位置上面蒸汽的温度升至300℃,模拟计算所得的最大交变应力幅将升至52MPa。(3)在温度与应力的测量分析和焊缝区材料性能试验测定的基础上,对该高压加热器筒体泄漏的原因和疲劳寿命进行了分析和评估。包壳处蒸汽内泄漏、温度分布不均且交变产生较大的交变应力,引起疲劳裂纹扩展。按JB4732和GB/T19624对该高压加热器进行寿命评估。如果筒体无缺陷,则疲劳寿命将远高于10~6次循环,假设筒体中存在深1mm、长4mm的内表面缺陷,疲劳寿命经计算为1.37×10~6次循环,相当于41.5年;若筒体中存在深2mm、长8mm的内表面缺陷,疲劳寿命则为0.69×10~6次循环,相当于20.9年。
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