化工設備高溫結構設計難點研究

何 芳

（鎮江萬特福化工有限公司，江蘇鎮江 212006）

化工設備高溫結構設計難點研究

何 芳

（鎮江萬特福化工有限公司，江蘇鎮江 212006）

以往工程實踐中化工設備設計人員往往會忽略高溫結構設計的特殊性，在高溫結構設計過程中未針對設備膨脹量、高溫材料膨脹量、以及局部結構膨脹量等因素進行考量。做好化工設備高溫結構設計工作會對化工設備的運行安全與使用壽命產生重要影響。圍繞化工設備高溫結構設計方面的關鍵問題進行分析與探討，望能夠引起各方人員的關注與重視。

化工設備；高溫結構；設計

1 化工設備高溫結構設計中的問題分析

化工設備長期處于高溫環境條件下運行，高溫結構彈性敏感程度高，容易受到大量因素的影響，高溫結構彈性性能的高低將會直接影響化工設備的整體性能。因此，可通過設置螺旋式彈性墊圈裝置的方式提高結構性能。但這種方案下雖然對提高化工設備結構彈性性能有積極作用，但也會在一定程度上影響法蘭件的性能。加之密封墊片對應預緊力水平較高，因此密封墊片的設置會在很大程度上對化工設備高溫結構產生約束作用力，直接降低化工設備高溫結構可承受的預緊力水平。

除此以外，高溫環境條件對化工設備高溫結構所產生的影響還表現在螺旋式裝置的蠕變現象方面。高溫結構中法蘭件、墊片等裝置耐熱性有限，在高溫條件下變形可能性高，極有可能導致化工設備發生熱損壞現象，最終對其使用壽命以及使用性能產生不良影響。

2 化工設備高溫結構設計優化實例分析

化工設備高溫結構內在應力水平與產品結構形狀有密切關系。對于制品曲率半徑較小、應力較為集中、瓷層厚度較大的部位而言，為了最大限度的控制內應力水平，避免產生瓷爆現象，應加強結構設計的優化研究。以搪玻璃設備為例，現行設備技術條件規范中明確規定：化工設備基體搪玻璃側不存在非連續結構，轉角部位應以較為圓滑方式過渡，焊接接頭部位應遵循以搪玻璃側對齊為基本原則，同一設備所使用基體材料厚度比值應低于3.0，并且以逐漸過渡為宜。通過此種方式，能夠針對高應力區域（如布管集中區域、非徑向接管區域、大開孔邊緣區域等）的應力水平進行有效控制，改善應力集中問題，降低峰值應力水平。

在化工設備實際生產過程中，產品質量的主要因素之一即為設計結構的偏差。以DN150帶視鏡手孔原設計圖見圖1，該設備采用厚度25.0mm鋼板機器進行加工，焙燒過程中發現開孔轉角部位出現爆瓷問題，分析認為設計方面存在的局限性體現在以下幾個方面：第一，開孔直徑不足；第二，手控基體厚度為25.0mm與視鏡凸臺15.0mm存在較大差距，轉角部位容易出現應力集中現象，焙燒過程中熱應力釋放難度大。針對上述問題，對該設備高溫結構進行重新設計與優化，所采取設計措施如下：第一，對原化工設備高溫結構鋼板厚度進行提高，厚度調整至20.0mm，通過增加壁厚的方式降低內應力水平；第二，于視鏡凸臺外側基體上表面也車凸臺，以提高壁厚的均勻性水平；第三，對內孔孔徑進行擴大處理，以避免應力過于集中對熱殘余應力釋放所產生的不良影響。經改進后該結構設計方案見圖2。觀察顯示經修改后，該結構應力集中部位未繼續發生爆瓷現象。

圖1 化工設備高溫結構改進前設計方案示意

圖2 化工設備高溫結構改進后設計方案示意

除此以外，在化工設備高溫結構優化設計過程中，還應當重點關注以下幾個方面的問題：第一，在化工設備高溫結構設計過程中，應考慮高溫管線對端點管法蘭件的推力矩數值，若該參數過大則提示法蘭件可能存在泄漏故障。因此，高溫結構設計時必須與配管專業進行認真核對與確認。第二，重視對活套法蘭件的合理應用。以活套法蘭件有效抵抗熱沖擊以及熱循環作用力，由于此類法蘭件的剛度大、因此可以通過法蘭螺栓張力作用降低撓度水平，避免高溫結構管壁熱應力轉移至法蘭件并誘發偏轉等問題。第三，對設計參數進行科學設置。設計參數是否科學合理將直接關系著法拉件在高溫環境下是否會出現泄漏等問題。因此，高溫結構設計中必須對相關設計參數進行進一步檢查，以確保所有參數的準確，避免出現細節不符合規定的情況。

3 結束語

在化工設備生產運行的過程中所面臨的工作條件與工作環境比較特殊，常常面臨高壓、高溫等惡劣工況，對高溫結構的穩定性與耐久性產生極為不良的影響。因此，為進一步提高化工設備生產使用中的安全性與可靠性，應在化工設備高溫結構設計過程中引起重視。本文以上分析著重探討研究了化工設備高溫結構設計中存在的難點，并結合實例對高溫結構設計優化的具體措施與方法進行分析，望能夠引起業內人士的關注與重視。

[1] 肖青，任靜，朱婷婷，等.化工設備中高溫結構設計問題分析[J].商品與質量，2015，（28）：51.

Study on Difficulties in High Temperature Structural Design of Chemical Equipment

He Fang

In the past engineering practice，chemical equipment designers often neglect the particularity of high-temperature structural design，and do not take into account the expansion of equipment，the expansion of high-temperature materials and the local structural expansion during high-temperature structural design.Good chemical equipment，high-temperature structural design work will be the safety of chemical equipment operation and service life have an important impact.That is，around the high-temperature structural design of chemical equipment，the key issues of analysis and discussion，hope to attract the attention of all parties concerned.

chemical equipment；high temperature structure；design

TQ050.2

A

1003-6490（2016）11-0039-02

2016-11-02

何芳（1962—），女，江蘇鎮江人，工程師，主要從事化工設備管理工作。