在剛開始運行的某工廠,浙江至德鋼業有限公司技術工程師發現某40"高壓蒸汽管道錯誤設計,選用了不銹鋼管道材料,造成高壓蒸汽管道在運行時每幾十米起一個上拱形翹空。廠內維護人員和原設計人員認為支吊架設計錯誤,把原管托修改成了倒鉤形限制上拱,但事與愿違,將結構橫梁頂彎也沒有限制住高壓管道的熱供。其實這種現象管道應力分析無問題,原自然補償彎布置和支吊架設計也沒有問題,如果錯誤修改成倒鉤形支架無法解決根本問題。
浙江至德鋼業有限公司(si)技術人員分析這個高壓(ya)蒸汽管道熱(re)拱應力問題(ti)主(zhu)要(yao)由以下原因引起:
(1)管道材料錯誤設計選用了不銹鋼(gang),不但價格比合金鋼高數倍,而且不銹鋼熱膨脹系數比合金鋼大很多,自然補償彎也多了很多。這種不銹鋼材料熱膨脹后并不能完全恢復原長度,每次冷熱循環,管線就會熱拱更大一些。
(2)如把原管(guan)托(tuo)(tuo)修改(gai)成了倒(dao)鉤形(xing)管(guan)托(tuo)(tuo),限制(zhi)了管(guan)子的熱膨脹,違背了管(guan)道柔(rou)性設計(ji)原則,限得(de)越死(si)越易(yi)出問題(ti)。
(3)操(cao)作人員(yuan)開工(gong)時(shi)送(song)的蒸(zheng)汽(qi)溫(wen)度偏低,這(zhe)根高(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)配套的疏(shu)水閥(fa)不合格,造(zao)成(cheng)高(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)內產生冷凝(ning)水排出不暢通,造(zao)成(cheng)40”管(guan)(guan)(guan)(guan)子的底部(bu)比頂部(bu)低100℃,這(zhe)也(ye)是(shi)造(zao)成(cheng)這(zhe)根高(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)拱起的原因。一(yi)般情況(kuang)下(xia)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)內介(jie)質(zhi)通過管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)截面(mian)時(shi)是(shi)均溫(wen)的,但(dan)是(shi),有時(shi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)橫截面(mian)上(shang)溫(wen)度的分布是(shi)不均勻的。在水平管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)的上(shang)表面(mian)溫(wen)度高(gao)于下(xia)表面(mian),同一(yi)管(guan)(guan)(guan)(guan)段上(shang)下(xia)部(bu)的熱膨脹是(shi)不同的,這(zhe)就(jiu)產生了熱拱(thermal blowing)現象。
熱拱使管道產生相當大的彎曲位移(yi),可(ke)能導致管道支(zhi)架(jia)失效(xiao)、材料疲勞(lao)破、管道閥門法(fa)蘭泄漏、結構框架(jia)超載等(deng)情(qing)況。
因選材錯誤造成熱拱事故的詳細講述見《管道應力分析與工程應用》一書。高溫管道選用不銹鋼材料看似符合規范,但在高溫蒸汽管道系統就易出現事故。