烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力_齐凯

第18 卷 第 1 期 石 油 化 工 设 备 烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力 洛阳 石 油化工工程公司 工程师 齐 跳 摘要 扼要介绍 了烟 气轮机 出 口 管常用膨胀节的结 构形式和使 用场合 , 并就其 对烟 气轮机的作 用力 着重进行 了分析 。 主魔词 : 璐胀节 作用力分析 催化裂 化 装 置 烟 气 轮 机 ( 简 称 “烟 机” ) 出 口管连接的膨胀节 , 是保证烟机出 日管受力不超过限定值的柔性部件 , 其作用 是吸收烟机及其出 口管在高温下的膨胀量 , 以减小因热伸长对烟机产生的作用力 。 烟机 出口 压力虽很低 , 但出口管直径都较大 , 其产 生的盲板力若作用在烟机出口管上 , 将远超 过烟机出 口管嘴子的承受能力而使其受损 。 为了承受盲板力和管线的重量 , 在出口管线 上均设置有固定支架和适当形式的膨胀节 。 就目前国内外炼油厂来看 , 膨胀节的结构形 式主要有三种 : ¹ 压力平衡型 ; º复式 长拉 杆型 , » 自由型 。 现就其结构特点和受力情 况分析如下 。 1 . 压力平衡型膨胀节 该型膨胀节适用于烟机出 口 管竖向膨胀 量较大的场 合 , 其结构形式如右图中的 ( a ) 图。 若出口 管横向位移量较大 , 则与 自由型 膨胀一样 , 所需波数也较多。 若设计不当 , 不一定能将烟机出 口嘴子的受力减小到允许 值之内 。 现作如下分析 。 设补偿波纹管的直 径 为 d ( m m ) , 波 高h ( m m ) , 刚 度 值K ( N / m m ) , 单 波 变形量△ ( m m ) ; 压力平衡波纹管 直 径 d , ( 。m ) , 波高 b , ( m m ) , 刚度值K , ( N / m m ) , 单波变形量△ , ( m rn ) , 烟机 出 口 嘴子直 径D ( In m ) , 烟 机 出 口 压 力 为P ( M P a ) 。 当d , 二 d , h , = h时 , 压力平 衡 型膨胀节虽能将烟机出口处所受的总力平 衡 ~~~ 、、 言言一一一耳耳耳 ‘‘‘‘‘‘‘‘‘~ 一一日日日日日门门门门门门门门门门 曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰日日日日日日日日日日日日日日日日日 厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂一一自自自自口口口口口口口口口口口口口口口口口口刀刀}}} 一三三三三三三三口口口口月月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 卖卖卖卖卖卖卖卖卖三三三月月七七二乏j已 ................... 干干干干干干干干干一一‘‘ )))))))曰曰‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘ 、、、、 ]]]甲甲甲甲 芍芍 、}}} 咽机出口 管膨胀节的三种结构形式 ( a ) 压力平衡型 , ( b ) 复式长拉杆型 . ( 。 ) 自由型 1 . 锐轴 2 . 压力平衡波纹管 3. 横管 4 . 固定 乏架 5 . 辛卜偿波纹管 6 . 烟机出口 了. 波纹管 掉 , 但是烟机出 口嘴子却仍承受 一 定 作 用 力 , 其大小为下述四部分 力的合力 : ¹ 因压 力平衡波纹管向上被拉伸 , 其拉杆将盲板力 传给烟机 , 并使烟机受向上的拉力 , 其值为 〔 二 ( d , + h : ) Z P 〕/ 4 , º由于热伸长而使 拉杆下端销轴向上位移各。 + 乙: , 压力平衡波 纹管被向上拉伸 , h : 段膨胀量各: 又 使 其 压 缩 , 两者叠加产生向下的弹性 反 力K : △ : , △ ; 二 ( 6 。 + 乙, 一 乙: ) / n , n 为压力平衡波纹 管的波数 , 通过拉杆使烟机 ( 嘴子 ) 受压 , » 二〔( d + h ) 之 一 D , 〕/ 4环形面积的 盲 板力 向下压向烟机 , 使烟机 ( 嘴子 ) 受压 , 其压 力 为 : 二 〔 ( d + h ) 2 一 D Z 〕P/ 吐, ¼ 由 于固 定支架以下部分 ( 包括 烟 机 ) 热 伸 长 , 补 。 32 · 石 油 化 工 设 备 1 9 8 9年 偿波纹管被压缩 , 其产生的向下 弹性 反 力 2 . 复式长拉杆型样胀节 K △也使烟机 (嘴子 ) 受压 。 在这四部 分 力 此种结构见前图示中的 ( b ) 图 所 示 , 的作用下 , 使其嘴子受力F 二 二〔( d : + h : )名 适用于烟机 出口管有较大横向位移的情况 。 + D ’ 一 (d 十 h )‘ 〕P / 4 一 K : △ : 一 K △。 烟 机 若采用其他形式 , 则其波数较多 , 会带来失 出 口压力均较低 , 在压力平衡波纹管和补偿 稳问题 。 该结构设计时 , 必须使高温时烟机 波纹管都不预变形的情 况 下 , 一般K :△ : 十 出 口伸长量乙。加上 h : 段的伸长 量邑: 后要 等 K △之和都大 J : 二〔( d : + h , ) 2 + D Z 一 (d + 于或稍小于 h Z段的伸长量己2 。 否则 , 当各。 + 五)’ 〕P/ 4 , 使嘴子受压 。当 D 比 d 小得多 时 , 乙: 比各: 大得多时 , 烟机嘴子除受波 高 中 径 嘴子受的压力会超过许用推力 , 为此需加大 到出口嘴子内径 二〔( d + h ) z 一 D 〕/ 4环形面 压力平衡波纹管 的尺寸 。 在设计中应计算确 积产生的盲板力 (压 向嘴子 ) 外 , 还受一个 定 d : ( h : ) 的大小。 如 : ¹ 南京炼 油 厂 烟 决定于己。 十 各: 一 6 : 的差值和拉杆刚 性 推 力 机出 口 膨 胀 节 , D 二 1 40 0 , d = 140 1 , h = ( 压 向嘴子 ) 的作用 。 己。 + 6 ; 一 己: 值越大 , 95 , K = 142 , △ 二 2 . 522 , 若压力平衡 波 纹 拉杆刚性越大 , 推力也越大 。 盲板力和推力 管 尺 寸 为 d , 二 140 1 , h : = 95 , K ; = 1 42 , 叠加后能使烟机遭到破 坏 。 反 之 , 当 乙。 + △ : 二 8 . 85 , 嘴子许用推 力39 22 . 7 N , 而F 二 己: 比乙: 小 得多时 , 烟机嘴子受一个决 定 于 一 了39 . 8 N , 在允许范 围 内 。 实 际 用 的 是 己: “ 各: 一 己。之差的拉力 。 差值 较大 时 该 拉 自由型膨胀节 , 预拉伸 17户 m , 9波 , 节省 I C r 力相当可观 , 足 以使烟机损坏。 因此 , 设计 i sN ig T i钢。so k g , 碳钢 54o k ‘。 压力平衡波 时必须准确汁算出乙。 、 色, 和6 2 , 并 使 它 们 纹管 ( 两波 ) 一组 , 共节省投资2 . 6万 元 以 有如下关系 : 当D 比 d小得多时 , 使 乙。 十 己: 上 , º林源炼油厂烟机 出 口 膨 胀 节 , D 二 稍小于6 : ( 差值 不超过 0 . 而 m 。 ) , 这样使 9 0 0 , d = 240 0 , h 二 9 5 , K = 142 , △= 5 . 6 7 , 嘴子受一个较 小 的拉力 , 此力与 盲 板 力 二 烟机出口设计压力P 二 0 . 0 22了 ( M P a ) , 嘴 〔 ( d + h ) “ 一 D 〕P / 4的方向相 反 , 两 者 叠 子许 用 推 力9 8 06 . 7 N , 若 d : = 140 。, h : 二 加后减小了嘴子 的 压力 。 当 D接近 d时 , 6 。 9 5 , K : = 14 2办 : = 10 . 17 , 则 F = 一 1 39 4了. 6 + 各: = 乙: , 使 拉杆 对 嘴子的拉力等于零 , N , 超过允许推力值。 减小推 力 有 两 种 办 此时盲板力也不会超过嘴子的许用推力 。 复 法 , 一是加大压力平衡波纹管尺寸 , 设 d , = 式长拉杆膨胀节的拉杆刚性不要太大 , 以便 16 0 1 , h : = 95 , 则对嘴子的推 力F = 一 8 8 20 . 3 在乙。 十 乙: 比乙: 大得多 时拉杆可以挠曲变形 , N , 在允许范围内 , 二是在烟机压降允许 的 不致于使拉杆给嘴子有过大的压力 。 中间筒 情况下 , 减小补偿 波 纹管 的 尺 寸 , 当d 二 节 ( 两组波 之 间 的 管段 ) 必须支撑住拉杆 120 4 , h 二 8 5 , K 二 1 44 . 9 , 则对嘴子的推力 上 , 否则易引起两组波不均匀变形 , 减小膨 F = 一 8 33 6 . 5 N , 也在允许范围内。 胀节的使用寿命 。 如九江炼油厂烟机出口膨 若按上述加大压力平衡波纹管尺寸或减 胀节 ( 波 距 69 In m , 波高 38 m m ) 开车时烟 小补偿波纹管尺寸 , 使压力平衡型膨胀节的 机一进气就产生了严重的不均匀变形 , 下组 结构更加复杂 , 加大压力平衡波 纹 管 尺 寸 波压缩严重 , 波与波之间的间隙 最 小 仅 有 时 , I C r l8 N ig T i钢消耗更多。 此种结 构 与 3 m m , 上组 波的波 距 却拉大 了 sm m , 波 自由型相比 , 结构复杂一些 , 需要一组压力 距最大处变为 77 m m , 中间筒节重量的作用 平衡波纹管和长拉杆 , 消耗 材 料 多 , 造 价 是其原因之一 。 这种膨胀节用于烟机出口管 高 。 轴向膨胀量较大的场合时 , 需要的波数也较 第18 卷 第 1 期 石 油 化 工 设 备 多 , 且须有一个长拉杆。 竖管也须加长 , 以 便固定拉杆 。 此外 , 耗材料也较多 。 3 . 自由型膨胀节 这种膨胀节适用于轴向膨胀量较大 , 侧 向位移量较小的情况 , 其结构如 前 图 ( c ) 所示 。 为 了使烟机嘴子受力不超过限定值 , 该膨胀节必须 有预拉伸 。 预拉伸时产生的弹 性反力与介质产生的盲板力对嘴子的作用方 向相反 , 两者叠加减小了嘴子所受的压力 。 若不进行预拉伸 , 热态波纹管被压缩 , 此时 产生的弹性反力与言板力对 嘴子的作用方 向 相 同 , 从而会加大嘴子的受力 。 因此波纹管 预拉伸时 , 弹性反力对嘴子的拉力不超过嘴 子允许推力的情况下 , 应尽量大一 些 。 当 D 比 d小得多时 , 波纹管预拉伸已达到最 大 允 许值 , 弹 性反力与盲板力叠加后的总力仍超 过嘴子的允 许推力时 , 就需将 d 减 小 ( h 也 相应减小 ) 。 这种膨胀节必须设置 固定支架 , 其承受 安装时波纹管预变形的弹性反力、 操作时介 质产生的盲板力和波纹管弹性反力的叠加总 力 。 固定支架设计时 , 在安装尺寸允许的情 况下 , 距烟机出口 的距离应尽量小些 , 以减 小波纹管的波数 , 降低造价 。 该膨胀节具有结构简单、 制造方便、 省 材料和造价低的优点 。 以林 源炼油厂烟机出 口膨胀节为例 , 它比压力平衡型膨胀节节约 iC r lsN i g T i钢 sssk g , 碳钢5 1ok g 。 两波压 力平衡波纹管一组 , 共可节省投资 2 . 7万 多 元 。 又如 齐鲁石化公司炼油厂采用此种膨胀 节后 , 使用情况亦 良好 。 若改用压力平衡型 膨胀节 , 则需增加费用 4 万多元 。 由此不难 看出 , 当 D 比 d 小得多时 , 对补偿波 纹 管进 行部分或全部预拉伸后即可满足推力要求 。 设计计算也简单 , 在烟机出口轴向变形量较 大 , 或烟机出 口横向位移呈虽较大 , 但所需 用波玖井不会出现波纹管 丧失稳 定 性 间 题 时 , 采用该型膨胀节是比较理想 的 方 案 。 参 考 文 献 杨振奎译 . E JM A 美国膨胀有制造商协会标准 ( 第 5 版 ) . 化工部第四没计院 , 1 9 80. 黎廷新 . 化工炼油 机械 通 讯 , 1 9 7 7 ( 1 ) : 5 8一 7 7 ; 1 9 7 7 ( 2 ) : 5 1一 6 7 卢友绍 . 化工炼油 机 械 通 讯 , 1 9 8。( 2 ) : 1 2 ~ 1 8 厉志旭 . 化工炼油 机械 通 讯 , 19 8 0 ( 5 ) : 6 5 ~ 了4 (熊编 ) 、沪 , . 沪 . 、 侧尹、砂一、. ‘娜、. 沪气七砂 , 、、‘臼、口 , 、 . 沪 . 、口产、砂-- . “‘、“‘、 .. ,- 、碑‘、 . . . 、“ . 、 . 沪 . 、洲一‘“ ~ 二沪、 . 沪-. 一户、 -’.- 、 ,. 、一 ,’、砂 . 、沪 ,. ‘“ . 、洲 口、. 产 . 、 . 产 . (上接第47 页 ) 在未加工前就 已发现 , 有的则在加工后才显 露出来。 实践上述分析是正确的 。 º钻基合金手工堆焊要 .汽 : 要使堆焊金 属不裂 , 除柱状晶的方向应 与应力方向一致 以外 , 还应使焊道中的部分应力及时得到释 放 。 据此 , 我们采用如下堆焊工 艺 : ¹ 预 热 、 层间温度控制和焊后高温退火缓冷等参 数与过去一样 , º焊接方向与应 力 方 向垂 直 ; » 采用短焊道焊接 ( 不大于50 m m ) , 使焊缝成形浅而宽 , 注意在边缘收弧 , 弧坑 要填满 , ¼ 在连续焊完 3 ~ 5 道后 , 应及时 捶击焊缝 , 并且重点锤击最后一道焊缝 。 采 用上述工艺修复了我厂气化炉上灰锁的上、 下阀门 , 经磨光后检验 , 其密封面上无任何 裂纹。 由此证明 , 运用本工艺的关键在于找出 工件本体的主应力方向 , 从而确 定焊 接 方 向。 该工艺更适用于堆焊含C量较高的钻 基 合金 。 参 考 文 做 1 周振丰主编 。 金属熔焊原理及工艺 (下册 ) 。 吉林工业大学 , 1 9 8 2 。 2 王健安主编 . 金属学与热处理 ( 下册 ) 。 河 北工学院 , 1 9 8 2. ( 叶编 )