调查硫冷凝器管板故障在复杂的形变场加载使用ASME Sec-VIII Div-2应力分析和有限元分析模拟

介绍

ASME Sec-I灵活的管板设计利用硫冷凝器操作通常作为废热锅炉是一种常见的发生在硫磺回收装置(蒸发器)的炼油厂。微分压力遇到在壳侧和管侧,加上巨大的温度梯度导致高温度应力是典型的在管板。此外,crevice-type配置管之间的环形空间几何的管板接头是一个重要的因素来考虑。此外,反复的初创企业和关闭导致的积累与疲劳相关的损害。本文演示的应用详细design-by-analysis方法使用ASME Sec-VIII Div-2证实领域观察到棘轮效应和疲劳类型失败在管板由于复杂的周期性机械加载过程中遇到操作。一个线性静态结构弹性应力仿真利用有限元方法完成捕捉几何特性和载荷参数。的个人影响的每个类型的形变场加载场景和它们与管板之间的交互设计特点研究建立观测场失败的根源。分析结果与管板失败观察,最后20年服务。建立相应的设计规范的结论提供了建议和操作参数有利于硫冷凝器的运行更可靠。

在硫磺回收装置的第一个硫冷凝器(余热锅炉),管方过程气体传输热量375°F (725°F)壳程高压670 psig从295°F锅炉给水加热到440°F生产# 600蒸汽所示图1。壳程高压锅炉给水的硫冷凝器正常运行期间多次泄露到硫过程中(管程)通过失败的关键焊缝导致硫固化和阻塞液硫过程流。

有一再失败,关键焊接失败了很多次在正常操作期间自1998年蒸发器的调试,后来导致蒸发器的几个被迫关闭。此外,管板表面裂纹等故障之间的韧带管子与管板的焊接和0.15英寸的永久变形的管板方向向外观察。

问题陈述

现有的管板的机械设计符合当时的代码要求如下:

• 第一个硫冷凝器的管板设计1995版ASME Sec-I,依照的要求部分PFT-11认为管作为停留。
• 的最低厚度持平盘子被计算为每pg - 46.1,导致25毫米(1.00英寸)厚管板。

• 关键关节设计与强度焊缝没有按PFT-12.2.1.3凹槽和PFT-12.2.4所示图3。

然而,一个环空间/裂隙之间的联合管OD和管板孔ID可能存在,这些管子是光(扩展)和滚槽,随后扩张的影响减少了年的操作。这可能导致裂缝看到完整的内部操作高压锅炉给水压力在壳程。另外,以下实际加载场景存在并不占在最初的设计:

• 高压差壳程的锅炉给水过程相比,天然气管板的表面上。
• 高的热梯度在管板厚度由于缺乏耐火管板的表面上。
• 对柔性管板重复的水压试验。
• 几个启动和关闭事件的效果。

作为调查失败的一部分,深入了解每种类型的个体效应的形变场加载场景及其与管板设计的交互特性被要求建立观测场失败的根源。只有当根源可以建立了适当的纠正措施要求修订设计规范和操作条件确定。