對吸附塔保溫托圈處裂紋的分析和處理

【摘 要】 本文通過對吸附塔保溫托圈連接處裂紋的分析，證明不合理的結構是產生缺陷的根本原因，因此在檢驗中應多注意。

【關鍵詞】 吸附塔 保溫托圈 裂紋

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.07.020

吸附塔是變壓吸附工藝中的關鍵設備，工作過程中需要反復承受內部壓力波動，極易產生疲勞損傷，在2013年遼化重整裝置的檢驗過程中，發現該裝置的吸附塔保溫托圈連接處產生了貫穿性裂紋，現將檢驗情況做如下介紹。

1 該吸附塔的參數（如下表）

該設備于2010年由遼化機械廠制造完工，并通過遼陽市特種設備監督檢驗所監督檢驗。該吸附塔投入使用后不到三年便發生了泄漏失效，經檢測后發現保溫層拖圈與吸附塔筒體連接處出現了裂紋，如圖1所示。該型吸附塔共計十臺，通過進一步的檢驗發現，共計有五臺同類型設備在相同部位出現了裂紋。該吸附塔設計使用壽命為20年，預期壓力波動循環數為96萬次，其結構示意圖如圖2所示。

圖1

圖2

2 對保溫托圈處裂紋的分析

該設備有保溫層結構，為了支撐保溫層，吸附塔主體上焊接了2層不連續保溫層拖圈，拖圈與容器外壁之間的角焊縫焊腳高度均為4mm，拖圈材料為Q235B。每層拖圈由6塊環板組成，環板之間間隔為20mm，環板厚度都為6mm，上拖圈環板寬度為100mm，下拖圈環板寬度為70mm，經過系統的分析，我們初步判定該裂紋是由于保溫圈的結構設計不合理導致，為此我們聯系了中國特檢院針對該型設備進行了應力分析和疲勞壽命的評估，通過對該型吸附塔的有限元應力分析、強度校核和疲勞壽命評估，得出了如下結論：

（1）如果不考慮保溫層拖圈局部區域影響，根據名義壁厚計算，在正常操作工況下該吸附塔的上、下封頭和筒體均滿足強度要求；

（2）該吸附塔外接不連續保溫層托圈會引起嚴重的應力集中，上、下拖圈區域最大應力集中系數分別為4.92、6.18，均出現于拖圈環板不連續端面與容器殼體連接的角焊縫根部中心；

（3）0.02～2.6MPa交變內壓作用下，該吸附塔上拖圈區域最大疲勞交變應力強度幅值為256.41MPa，下拖圈區域最大疲勞交變應力強度幅值為324.23MPa，均出現于拖圈環板不連續端面與容器殼體連接的角焊縫根部中心；

（4）根據JB 4732-1994《鋼制壓力容器—分析設計標準》附錄C，0.02MPa～2.6MPa交變內壓作用下上拖圈區域最小疲勞循環次數為1.08萬次，僅為設計疲勞壽命的1.1%；下拖圈區域最小疲勞循環次數為0.53萬次，不到設計疲勞壽命的0.6%；

（5）吸附塔外接不連續保溫層拖圈結構會引起嚴重的應力集中，從而顯著降低吸附塔的疲勞壽命，這是該吸附塔出現疲勞失效的主要原因。

3 對裂紋的處理

因此通過上述分析結果表明，吸附塔外接不連續保溫層拖圈會引起嚴重的應力集中，而應力集中的存在會嚴重影響吸附塔的疲勞壽命。通過計算分析得出，該吸附塔應力集中系數最大可達6.18，出現于保溫層下拖圈環板不連續端面與容器筒體連接的角焊縫根部中心。這與圖1所示吸附塔裂紋起裂位置非常一致。除拖圈環板端面與容器連接區域外，上下拖圈與容器連接的其他角焊縫區域的應力強度以及疲勞交變應力強度幅并沒有明顯增大。這表明拖圈與容器連接處的應力集中主要是由于拖圈的不連續結構造成的。這也是吸附塔出現疲勞失效的主要原因。

通過以上的分析，我們對使用單位提出了去除保溫圈的要求，經設計部門同意，對該型設備所有的保溫圈進行了機械去除，在一年后的壓力容器全面檢驗中，經過對吸附塔外表面的磁粉檢測，沒有發現新生的裂紋，由此更進一步地說明了該型設備裂紋產生的根本原因是由于保溫圈的設計不合理造成的，因此在以后的檢驗工作中，對于具有該類型保溫圈結構的吸附塔，一定要重點檢驗保溫圈的連接部位，以保證壓力容器的安全使用。

作者簡介

楊勇，本科，高級工程師，現在遼陽市鍋檢所擔任總工程師兼定檢部部長。

（責任編輯：張曉明）