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二级出口缓冲器振动裂纹的解决 |
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作者：山东华鲁恒升集团有限公司 焦兴齐 王军 |
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摘要：本文在分析二级出口缓冲器焊缝开裂原因的基础上，提出了详细的修复措施。
关键词：二级出口缓冲器 裂纹 应力 疲劳 软管
1 概述
我公司尿素车间4D压缩机岗位有一台二级出口缓冲器（其规格为DN800×8，材质为1Cr18Ni9Ti，介质为CO2，设计压力1MPa，温度145℃，为一类压力容器），该设备于1991年投入使用，至今已有11年，分别于2000年4月和2000年10月两次发生因焊缝开裂而泄漏，两次泄漏的时间间隔只有半年，均导致停车，影响了尿素的产量，造成很大的损失。
2 开裂情况
该设备进气端与压缩机出口相连，出气端与二级冷却器相连，两次泄露均发生于出口接管与补强圈焊缝上，缺陷为裂纹，并由焊缝向补强圈母材延伸。
原因分析：
3.1 泄露处焊缝由于形状的不连续性，存在严重的应力集中。
3.2 缓冲器与压缩机直接相连，压缩机的振动产生振动应力，使该处焊缝产生疲劳。
3.3 该焊缝形式为单面焊，焊缝根部存在缺陷。在振动应力的作用下缺陷处开裂，而且随着振动又使裂纹延伸。
4 解决办法
4.1 第一次泄漏时采用了以下方法进行修复：首先用碳弧气刨刨去补强圈处焊缝，取下补强圈重新制作；在接管与筒体焊缝处进行PT检测，查找缺陷，并用磨光机进行磨除，然后用手工电弧焊进行焊补，焊条采用A132（焊接工艺参数见下表）。封底及盖面层均进行PT检测，确保无裂纹；然后组焊新制作补强圈，焊接完毕将焊缝形状修磨成与周围母材圆滑过度的凹形角焊缝。（焊缝接头形式见下图）然后在补强圈信号孔通入0.5MPa压缩空气进行严密性试验。合格后，对该缓冲器进行了1.25 MPa的水压试验，未发现焊缝渗漏等问题，水压试验合格。焊接工艺参数
 设备修复后，投入使用仅半年就在同一位置发生了第二次泄漏。
以上处理办法，对由于静载产生的焊缝开裂是有效的，但是，对由于疲劳引起的开裂要想从根本上解决问题，必须改变其受力状况。
图（2）
4.2 第二次泄漏的解决
4.2.1 对于原接头的处理采用与第一次基本相同的方法（注意：应将原焊缝全部清除）。由于第一次修复时焊缝采用手工焊封底，根部难免存在缺陷，为裂纹的产生提供了条件。本次修复采用手工钨极氩弧焊封底，焊丝牌号H0Cr20Ni10Ti φ2，背面实施充氩气保护，手弧焊余层，焊条牌号A132 ；焊缝形式及其它要求与第一次修复相同。
4.2.2 改变受力状况，减轻振动 由于振动产生疲劳才是导致裂纹产生的根本原因，为解决这一问题，我们将缓冲器出口与二级冷却器间的无缝管用不锈钢软管代替。不锈钢软管由内外两层组成。内管为螺旋形不锈钢波纹管，外层是由不锈钢丝按一定的参数编织而成的网套。该软管具有良好的柔韧性及抗疲劳、耐高温、耐高压性能，很容易吸收由振动产生的循环荷载，其公称压力为1.6 MPa，温度范围－196～600℃，故满足工艺要求。我们将该软管加在二级出口缓冲器出口端，与管道法兰连接，大大减小振动对焊缝处造成的附加压力。
经过第二次修复，该设备一直运行良好，投入生产一年多来，未发生任何故障。
5 结语
5.1 二级出口缓冲器焊缝开裂的根本原因是由于压缩机的振动产生振动应力，使焊缝产生疲劳。
5.2 解决由动载荷引起的焊缝失效问题，不能仅采用与静载荷引起的焊缝失效相同的解决办法，必须改变其受力状态。
5.3 不锈钢金属软管能有效地吸收振动引起的载荷，在许多振动场合有很高地应用价值。
参考文献：
1 全国压力容器标准化技术委员会编 GB150-1998《钢制压力容器》 学苑出版社。
2 国家质量技术监督局 《压力容器安全技术监察规程》 中国劳动社会保障出版社。(end)
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(1/6/2006) |
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