[doc] 烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力

[doc] 烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力 烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力 第18卷第1期樯化j一畦备?3l? 烟机出口管膨胀节及其对烟机的作用力 洛阳石油化工公司工程师齐凯 摘要扼要夼耀,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 溜气轮机的作矾力着重进行了. 主题词:膨胀节作用力分析 催化裂化装置烟气轮机(简称烟 机)出u管连接的膨胀=,是保证烟机 [』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f温下的膨胀量, 以减小凼热伸长对烟机产生的作用力.烟机 出口雎力虽很低,但出L]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 过烟机出口管璃子的承受能力而使其受损. 为了敢受盲板力和管线的重量,在出口管线 t:均设置自固定支架和适当形式的膨胀节 就目前国内外炼油厂来看,骖胀节的结构形 式主要_自三种;?压力平衡型;?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.若出口管横向位移蓬较大,则与自由型 嘭胀一样,所需波数也较多.若设计不当, 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(mm),渡 高h(n1fl1),刚度值K(N/ram),单波 变形量?(121.131)j雎力平衡波纹管直径d (mm),波高h.(n1111),刚度值K1(N/ mm),单波变形量?】(1:rl~13.);烟机出口 嘴子直径D(mm),烟机出口压力为P (MPa).当d;d,h=h时,压力平衡 型胀节虽能将越机…I:l处所受的总力平衡 烟机出口管蟛服节的三种结构形式 (a)压力平衡型J(b)复式长拉杆型J (c)自由型 1.销轴2.压力平衡波纹管3.横管’.固定 菜5.补偿波纹营6.烟机出口7.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台力t?园压 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 f(d4-h).P)/4}?由于热伸长蔚使 拉杆下端销轴向j一位移6.+6压力平衡被 纹管被向上拉伸,h段膨胀量6t叉使其压 缩,两者叠加产生向下的弹性反力K.A., ?=(6.+ar6)/n,n为压力平衡波敏 管的波数,通过拉杆使烟机(墉子)受压J ?[(d+h)一D)/4环形面积的盲板力 向下压向姬机,使烟机(嘴子)受压,其压 力为{((d+h)一D)P/4’?由于固 定支架以下部分(包括烟机)热伸长,补 油化工设备 偿波纹管被压缩,其产生的向下弹性反力 KA也使l姗机(嘴子)受压.在这四部分力 的作用下,馊其嘴子受力F=[(d+h:) +D一(d+h)]P/4一K?,一K?.烟机 出口压力均较低,在压力平衡波纹管和补偿 波纹管都不预变形的情况下,一般K-?-+ K?之和都大J[(dj+hI)+D一(d+ h)]P/4,使嘴子受压.当D比d小得多时, 嘴子受的压力会超过许用推力,为此需加大 压力平衡波纹管的尺寸.:设计中应计算确 定d.(h)的大小.如:?南京炼油厂烟 机出口膨胀节,D=1400,d=1401,h= 95,K=142,A=2.522,若压力平衡波纹 管尺寸为dl=l401,hl=95,Kl=142, A.=8.85,嘴子许用推力3922.7N,而F= 一 739.8N,在允许范围内.实际用的是 自由型黪胀节,预拉伸17ram,9波,节省lCr 18Ni9Ti钢950kg,碳钢540kg.压力平衡波 纹管(两波)一组,共节省投资2.6万元以 上}?林源炼油厂烟机出口膨胀节,D= 900,d=1400,h=95,K=142,A=5.67, 烟机出口设计压力P=0.0127(MPa),嘴 子许用椎力9806.7N,若d=1400,hl= 95.KI:142,Ai=10.17,则F=一13947.6 N,超过允许推力值.减小推力有两种办 法,一是加大压力平衡波纹管尺寸,设d: 1601,h.=95,则对嘴子的推力F=一8820.3 N.在允许范围内,二是在烟机压降允许的 情况下,减小补偿波纹管的尺寸,当d= 1204,h=85,K=144.9,则对嘴子的推力 F=一8336.5N,也在允许范围内. 若按上述加大压力平衡波纹管尺寸或减 小补偿波纹管尺寸,使压力平衡型膨胀节的 结构更加复杂,加大压力平衡波纹管尺寸 时,1Cr18M9Ti钢消耗更多.此种结构与 自由型相比,结构复杂一些,需要一组压力 平衡波纹管和长拉杆,消耗材料多,造价 高. 2.复式长拉杆型晦胀节 此种结构见前图示中的(b)图所示, 适用于烟机出口管有较大横向位移的情况. 若采用其他形式,则其波数较多,会带来失 稳问题.该结构设计时,必须使高温时烟机 出口伸长量6.加上h段的伸长量6后要等 于或稍小于h:段的伸长量8=.否则,当6.+ 6比8大得多时,姻机嘴子除受波高中径 到出口嘴子内径[(d+h),D)4环形面 积产生的盲板力(压向嘴子)外,还受一个 决定于6o+6一8:的差值和拉杆剐性推力 (压向嘴子)的作用.6.+8一6:值越大, 拉杆剐性越太,推力也越大.盲板力和推力 叠加后能使烟机遭到破坏.反之,当6.+ 8比8,得多时,烟机嘴子受一个决定于 6:=6.一8.之差的拉力.差值较大时该拉 力相当可观,足以使烟机损坏.因此,设计 时必须准确汁算出6.,8和6,并使它们 有如下关系:当D比d小得多时,使6.+6 稍小于6i(差值不超过0.55ram),这样使 嘴子受一个较小的拉力,此力与盲板力 L(d+h)一D)P/4的方向相反,两者叠 加后减小了嘴子的压力.当D接近d时,6. +6-=8:,使拉杆对嘴子的拉力等于零, 此时盲板力也不会超过嘴子的许用推力.复 式长拉杆膨胀节的拉杆刚性不要太大,以便 在8.+8比8.大得多时拉杆可以挠曲变形, 不致于使拉杆给嘴子有过大的压力中间筒 节(两组波之问的管段)必须支撑在拉杆 上,否则易I起两组波不均匀变形,减小膨 胀节的使用寿命.如九江炼油厂烟机出口膨 胀节(波距69ram,波高38ram)开车时烟 机一进气就产生了严重的不均匀变形,下组 波压缩严重,波与波之问的阃隙最小仅有 3mg/1,上组波的波距却拉大了8ram,渡 距最大处变为77ram,中间筒节重量的作用 是其原因之一.这种膨胀节用于烟机出口管 轴向膨涨量较大的场合时,需要的波数也较 — 塑兰兰塑一至些三堡?33’ 多,且须仃一个长拉秆.竖管也须加长,以 便固定拉汗.此外,耗材料也较多. 3.自由型嘭胀节 这种胀节通用于轴向膨胀量较大,侧 向位侈较小的睛况,其结构如前图(c) 所示.为r浊烟饥嘴予受力不超过限定值, 谈膨胀必须预拉伸.预拉伸利产生的弹 性反力与介质产生的卣板力对嘴子的作用方 向相反,两者叠加溅小了嘴予所受昀压力. 若不进j顶拉仲,热态波纹管被压缩,此时 产生?弹反力与卣板力对嘴于的诈用方向 相,从?会加大嘴予曲受力.因此波纹管 预拉i,弹比反力刘嘶予的拉力不超过嘴 子允推力的情况下,应尽量大一些当D 比d小得多时,波纹管预拉仲已达到最大允 许值,掸陛反力与盲极力叠加后的总力仍超 过嘴予的允许推力时,就需将d减小(h也 相应拭小). 这利一澎胀节必须设置固定支架,其承受 安装刚波皱管预变形的弹肚反力,操作时介 质产生的盲板力和波纹管弹肚反力的叠加总 力.吲定立架设计时,在安装尺寸允: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.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 1Cf18Ni9i’i钢985kg,碳钢引0kg.两波压 力平衡波纹管一组,可:省投资2.7万多 元.又如齐鲁石亿公司烁汕厂采用此种膨胀 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小符多时,对补偿波纹管进 行部分或全部预拉悼后日Ij可满足推力要求. 设tI计算也简单,在娴HL出口轴向变形量较 大,或删讥?;口横向位移虽较大,但所需 J波数并不会出现波纹管}!乏失稳定性问题 刚,采川该型膨胀节是比较理想的方寨. 参考文献 1扬褫奎泽.EJMA美亘澎强节制造商协会 (第5叛).化工部第四受计院,1980. 2蔡廷新.化工炼油机后高温退火缓冷等参 数与过太一样j?焊接方向与应力方向垂 直;?采短焊道焊接(不大于50ram), 使焊缝成形浅而宽,注意在边缘收弧,弧坑 要填潴,?在连续焊完3,5道后,应及时 锤击焊缝,并且重点锤击最后一道焊缝.采 用上述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.该工艺更适用于堆炳含C量较高的钴基 台金 参考文献 1周振丰主.金虐掉原理眨工艺(下册). 吾栋工业大学,1982. 2王健安主编.盒属学与热处理C下册).河 北工学院,I982. (旰羹)