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制氫裝置含機(jī)械損傷缺陷解吸氣混合罐安全性分析

文檔作者：徐曉丹1 趙建平2 文檔來源： 1．江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 2．南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月08日
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182 化工機(jī)械2013年
制氫裝置含機(jī)械損傷缺陷解吸氣
混合罐安全性分析+
徐曉丹”1 趙建平2
(1．江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院；2．南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院)
摘要某制氫裝置的一臺(tái)解吸氣混合罐，在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)130ram長(zhǎng)、2ram深的機(jī)械劃痕，采用斷裂
力學(xué)方法對(duì)其開展了安全評(píng)價(jià)。根據(jù)斷裂評(píng)價(jià)結(jié)果，該缺陷是可以接受的。
關(guān)鍵詞混合罐制氫裝置斷裂力學(xué)機(jī)械劃痕安全分析
中圈分類號(hào)TQ051．7+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)0254_6094(2013)02-0182-03
某廠能源動(dòng)力部制氫裝置采用變壓吸附
(PSA)原理精制煤氣以及從焦?fàn)t煤氣(COG)中提
純氫氣。該裝置的一臺(tái)解吸氣混合罐內(nèi)徑
2 400mm，材料20R，壁厚11mm，設(shè)計(jì)溫度50℃，
設(shè)計(jì)壓力0．3MPa。在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，該解吸氣
混合罐筒體從上往下數(shù)，距離第五筒節(jié)與第六筒
節(jié)的環(huán)縫lOOmm處、距離第五筒節(jié)縱縫lOmm處
開始，跨過縱縫平行于第五筒節(jié)與第六筒節(jié)環(huán)縫
處有約長(zhǎng)130ram、深2ram的機(jī)械劃痕，根據(jù)TSG
R7001．2004(壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第四十及
四十一條之規(guī)定，需打磨至圓滑，但該設(shè)備位于易
燃易爆區(qū)域，又不能動(dòng)火，需進(jìn)行安全性分析。
1缺陷的表征
為了從安全角度考慮，保守地將130ram長(zhǎng)、
2ram深的機(jī)械劃痕等效為同尺寸的裂紋缺陷，按
GB／T 19624中5．3缺陷規(guī)則化的要求，將該機(jī)械
劃痕表征為2c=130mm，口=2ram的外表面半橢
圓裂紋，該表征裂紋取安全系數(shù)1．0后作為計(jì)算
用的表征裂紋尺寸c=65mm，口=2ram。
2應(yīng)力的確定
按GB／T 19624規(guī)范規(guī)定，在評(píng)定中所取用
的應(yīng)力是缺陷部位主應(yīng)力，計(jì)算該主應(yīng)力是采用
彈性計(jì)算方法，并假設(shè)結(jié)構(gòu)中不存在缺陷。
一次薄膜應(yīng)力是由內(nèi)壓引起的，可以按無力
矩理論計(jì)算：
P’。4=石PD=_0．3五×而24—00=18MPa
4曰4×10
一
式中B——?dú)んw計(jì)算厚度，即扣除內(nèi)外壁腐蝕
余量后的缺陷附近殼體壁厚。
一次彎曲應(yīng)力P。=0MPa。
二次應(yīng)力包括二次彎曲應(yīng)力、殘余應(yīng)力及熱
應(yīng)力等。對(duì)于本例，僅考慮焊接殘余應(yīng)力。
本項(xiàng)目的研究工作未對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)
定，根據(jù)GB／T 19624規(guī)范表5-2的規(guī)定，取盯。=
0．30"，，再按該規(guī)范表4中值礦，，得到焊接殘余應(yīng)
力引起的二次薄膜應(yīng)力Q。=0．30"，=0．3×345=
103．5MPa。
按規(guī)范規(guī)定，由錯(cuò)邊、角變形及局部厚度差等
所引起的局部應(yīng)力，按二次應(yīng)力考慮。查GB／T
19624規(guī)范表5-3得到錯(cuò)邊引起的二次彎曲應(yīng)力
為：
仆才磊P。鑫=毒篙鬲棚×÷
=14．84MP8
上式中曰。為對(duì)焊接頭錯(cuò)邊兩側(cè)的容器壁厚
的較大值，曰：為對(duì)焊接頭錯(cuò)邊兩側(cè)的容器壁厚的
較小值，取B。=B：；e為錯(cuò)邊量。
一次應(yīng)力和二次應(yīng)力取分安全系數(shù)后的值：
P。=1．2×18=21．6MPa
}國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAKl3803和2011BAK06803)資助。
一徐曉丹，男，1962年9月生，高級(jí)工程師，副院長(zhǎng)。江蘇省南京市，210036。
萬方數(shù)據(jù)
第40卷第2期化工機(jī)械183
Pb=OMPa
Q。=103．5MPa
Qb=Q：+Q：=o+14．84=14．84MPa
3材料性能數(shù)據(jù)的確定
開展了斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，取3個(gè)試樣
中的最小值，斷裂韌度按62．5N／mm計(jì)算，則材
料斷裂度為：
恥辱：～／—1．96 x—105 x巫62．5瑙6燦№m耽
取1．1倍安全系數(shù)以后，評(píng)定用斷裂韌度為：
K，c：=—_3了66_—9．-02：3335．5N／mm3／2 ．
4應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算
K?和K；分別為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力引起的
應(yīng)力強(qiáng)度因子，在應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算中分別對(duì)
表面裂紋的A點(diǎn)和B點(diǎn)(表面裂紋的最深點(diǎn)和最
長(zhǎng)點(diǎn))進(jìn)行計(jì)算(圖1)，求得A點(diǎn)的(K；)。和
(K；)．，B點(diǎn)(K?)。和(K；)。，然后確定危險(xiǎn)點(diǎn)。
圖1表面理解紋尺寸示意圖
查規(guī)范附表D1_4，當(dāng)a／c=0．031，a／B=0．2
時(shí)：
Z=1．294Z=o．999Z=o．377彳=0．351
(群)．=／鬲(礦Z+盯Z)=／再萬X(21．6×
1．294+0 X0．999、=70．06N／mm3“
(群)．=石i(盯Z+盯Z)=／；五西×(103．5×
1．294+14．84 X0．999)=372．87N／mm”
(K?)。=4-4z(盯。名+盯彳)=~，麗×(21．6 X
0．377+0×0．351)=20．41N／ram3“ (霹)。=石i(盯Z+盯誓)=麗X(103．5 X
0．377+14．84×0．351)=110．86N／mm3“
由上述計(jì)算可知：A點(diǎn)是危險(xiǎn)點(diǎn)，應(yīng)該按A點(diǎn)
進(jìn)行安全性校核。
5脆性斷裂因子K和塑性失效因子￡-，的計(jì)算
K，為失效評(píng)定圖FAD的縱坐標(biāo)，它是含裂紋
結(jié)構(gòu)脆斷的指標(biāo)。由于—芝：
o，q可o
—立絲害蘭=：o．431，查規(guī)范圖5．14得妒。：
345 X 0奄X 2
0．025，當(dāng)L，<0．8時(shí)，裂紋塑性區(qū)的修正值P= o．025。所雌=竽妒掣掣+
0．025=0．158。
三。是失效評(píng)定圖FAD的橫坐標(biāo)，它是含缺陷
結(jié)構(gòu)塑性失效的指標(biāo)，受內(nèi)壓殼體上表面裂紋的
極限載荷為：
1
a 2 小警善=訾×{1孚．o．啪1
B 1—10
廠————丁
式中帆?！?+1．6南叫·25
6安全性評(píng)價(jià)
由上述計(jì)算得評(píng)定點(diǎn)的坐標(biāo)為(0．079，
0．158)，從圖2中可以看出，該評(píng)定點(diǎn)落在失效評(píng)
定曲線下面的安全區(qū)域，說明該缺陷滿足合于使
用的要求。
逆
H’
毆
碟
螽
趟
磐
圖2評(píng)定點(diǎn)在失效安全評(píng)定圖中的位置
7 結(jié)束語
采用斷裂力學(xué)方法對(duì)制氫裝置的一臺(tái)解吸氣
混合罐進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，通過計(jì)算脆性斷裂因子
K，和塑性失效因子￡，，由失效評(píng)定圖技術(shù)分析：
解吸氣混合罐表面發(fā)現(xiàn)的130mm長(zhǎng)、2mm深的
機(jī)械劃痕，能夠滿足合于使用的要求。
(收稿日期：2012．10．25)
Safety Analysis of Desorbed Gas Mixture Tank with
Mechanical Damage for Hydrogen Equipment
(Continued on Page 249)
萬方數(shù)據(jù)
第40卷第2期化工機(jī)械249
管板管孔力n-r_強(qiáng)度脹的兩道脹槽，脹接前要
做好管孔內(nèi)徑、換熱管內(nèi)外徑的測(cè)量，通過試脹，
確定合適的脹管率，避免出現(xiàn)過脹和欠脹，檢驗(yàn)合
格后確定最終的脹管率。
苫8
．n
一
|n
N令
圖3 焊接管頭尺寸
4改進(jìn)工藝及操作條件
4．1 控制Cl一含量和改善水質(zhì)環(huán)境
316L材料管束短期內(nèi)失效的主要原因是汽包
水含有cl一而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂，在嚴(yán)控汽包水質(zhì)
量后，316L管柬可以保證在較長(zhǎng)周期內(nèi)使用。
為了防止可能出現(xiàn)的低碳鋼的OH一應(yīng)力腐
蝕開裂，控制好殼體水pH值在8．5—10．0，緩蝕
劑由Na，PO．改為NaH：PO。，加強(qiáng)脫氧，改善材料
對(duì)應(yīng)力腐蝕環(huán)境的敏感性。在操作上要求調(diào)整不
能過于頻繁，提高殼程水循環(huán)倍率，將部分給水補(bǔ)
入下降管，避免蒸汽在管束表面的快速蒸干與雜
質(zhì)沉積，減少因此而產(chǎn)生的振動(dòng)。
4．2調(diào)整管束工作溫度
碳鋼管束在改善制造質(zhì)量后的主要問題是碳
鋼高溫硫腐蝕，當(dāng)形成穩(wěn)定的硫化鐵保護(hù)膜后，碳
鋼管束可以滿足較長(zhǎng)時(shí)間的使用要求。介質(zhì)為蠟
油的E1108操作溫度在350℃左右，考慮到高溫
硫腐蝕在溫度350—400％最為劇烈，2009年裝置
流程優(yōu)化時(shí)在E1108前添加一臺(tái)換熱器E1106，
優(yōu)化后將E1108入El溫度調(diào)整至270℃以下。也
在一定程度上緩解了碳鋼管束的高溫硫腐蝕。
5 結(jié)束語
通過對(duì)管束采取措施，E1107、E1108管束的
腐蝕失效現(xiàn)狀得到了較好地解決，其在2008年投
用后運(yùn)行良好，2009年5月裝置停工大檢修時(shí)拆
卸清洗檢查，兩臺(tái)管束除少量均勻腐蝕外未見其
他明顯異常腐蝕現(xiàn)象，2012年5月大檢修時(shí)對(duì)管
束進(jìn)行了渦流檢測(cè)，內(nèi)壁均勻腐蝕，無明顯坑點(diǎn)腐
蝕，還可以繼續(xù)使用。目前相當(dāng)部分的設(shè)計(jì)單位
在對(duì)此類換熱器管束選型時(shí)僅考慮了工藝部分的
設(shè)計(jì)要求，較多的考慮了溫度、壓力、換熱面積及
介質(zhì)等因素，對(duì)腐蝕環(huán)境、操作條件、材料、換熱管
與管板連接形式等問題考慮較少。這些細(xì)節(jié)的疏
忽會(huì)造成在投用后雖能夠滿足工藝參數(shù)的需要，
但無法保證設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。故在設(shè)計(jì)過程
中遇到此類問題時(shí)應(yīng)根據(jù)工藝條件的不同，全面
考慮工藝和設(shè)備因素，從而確保設(shè)備的安全、穩(wěn)定
和長(zhǎng)周期運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]林玉珍，楊德鈞．腐蝕和腐蝕控制原理[M]．北京：
中國(guó)石化出版社，2007．
[2] 王維龍，孫先輝．熱交換器管束應(yīng)力腐蝕開裂分析
[J]．石油化工設(shè)備，201l，40(2)：96—98．
[3] 宋曉芳，張可剛．堿性條件下碳鋼的縫隙腐蝕行為
[J]．腐蝕與防護(hù)，2008，(10)：27—30．
[4] 李漢．管殼式換熱器振動(dòng)問題探[J]．化工設(shè)計(jì)，
2007，17(1)：79—84．
[5]GB 151—1999，管殼式換熱器[S]．北京：國(guó)家質(zhì)量技
術(shù)監(jiān)督局，1999．
[6] 陸民延．淺談管殼式換熱器的振動(dòng)及預(yù)防措施
[J]．化工技術(shù)與開發(fā)，2010，(7)：48—49．
[7] 馬萬順．換熱器管柬使用中存在問題的探討[J]．
石油化工設(shè)備技術(shù)，2004。(4)：8—10．
(收稿日期：2013-01-30，修回日期：2013-02-24)
(Continued from Page 1 83)
XU Xiao．danl．ZHAO Jian．pin92
(1．Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Instau拋，Nanjing 211178，China；
2．School ofMechanical and Power Engineering。Nanjing University ofTechnology，Nanjing 211816，China)
Abstract The fracture mechanics was used to analyze the safety of hydrogen equipment’S desorbed gas mix—
ture tank where a mechanical scratch 130mm in length and 2mm in depth can be found．The assessment resuIt
shows that this defect can be accepted．
Key words mixture tank，hydrogen equipment，fracture mechanics，mechanical scratch，safety analysis

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