殼壁熱斑模型及其熱應力計算近似方法

(茂名重力石化裝備股份公司，廣東茂名 525024)

0 引言

機件緩慢的加熱過程有足夠的時間與周邊環境進行熱交換而保持其溫度不變，這是一個等溫過程，快速加熱過程則與絕熱過程對應，這種情形下物體來不及與外界進行熱交換，變形過程就已經完成。承壓設備在裝置開停車中經歷介質的變溫過程，在正常的控制下可近似為等溫過程。文獻[1-2]中研究了內壓厚壁圓筒體最大允許內外壁溫差，結果表明，在GB 150—1998《鋼制壓力容器》規定的設計壓力下，對于大多數在高溫下工作有保溫層的厚壁圓筒能夠滿足強度要求，當超過相應的最大允許內外壁溫差時，需要對內壓引起的應力和溫差引起熱應力的組合應力進行強度校核計算。與此有別的是，工程實際中，各種承壓設備從產品制造到安裝運行或者非正常工況會存在一些界于等溫過程和絕熱過程之間的情況，特別是由殼壁局部區域溫差引起的熱應力，復雜的熱應力會引起變形，影響密封，還有因局部超溫開裂失效的現象。

1 熱斑現象及其概念

1.1 熱斑現象

設備制造中焊接一個臨時吊耳，或者構件組對時的點焊都屬于瞬間加熱，是一種局部集中的焊接熱行為，為了避免這種激烈的焊接熱產生開裂，有時需要在殼體上的相應位置一定范圍持續預熱；廠房屋頂漏雨對其下面正在焊接或熱處理中高溫殼壁也會產生強烈的冷擊；冬天在室外使用電動高速砂輪機對高強鋼實施瞬間的強力修磨，則會先后產生急熱和急冷現象。……