锅炉受压元件开孔的设置

锅炉受压元件开孔的设置

用螺母压延组件打开管道孔，这是结构要求。由于开孔减少了受压元件的承载面积和破坏了结构的连续性,产生了应力集中,降低了承载强度,因此必须对降低的强度给予补偿或在结构上对开孔进行一定的限制,以保证受压元件工作的安全。在强度计算标准中考虑开孔减弱系数和单孔补强是对前者的补偿。在《锅规》中对在焊缝上或热影响区上开孔所设置的条件是对后者的限制。锅炉中需布置管孔的受压元件主要指锅筒和集箱。管孔的类型有焊接管孔、胀接管孔和集中下降管管孔。开孔的部位有纵、环向焊缝上、热影响区和母材上。96版《锅规》对受压元件上管孔的布置所设置的条件大约可以归纳为以下几条:1在母材上可以开各种类型的管孔,但在计算中应用开孔减弱系数或单孔补强来进行补强。2集中下降管管孔不得开在焊缝(包括纵、环焊缝)上。3胀接管孔不得开在锅筒筒体的纵向焊缝上,同时也应避免开在环向焊缝上。管孔中心与焊缝及管板板边起点的距离不应小于0.8d,且不小于0.5d+12mm。若结构上必须在环向焊缝上开胀接管孔时,应满足以下条件:(1)在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线探伤合格,焊缝在管孔边缘上不存在夹渣。(2)管孔部位的焊缝内外表面磨平。(3)受压部件整体热处理。4其它焊接管孔亦应避免开在焊缝上及其热影响区。如不能避免时,在满足以下条件时方可在焊缝上及其热影响区开孔。(1)在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线或超声波探伤合格,焊缝直管孔边缘上不存在夹渣。(2)管接头焊后经热处理消除应力。由于在锅炉受压元件上开孔是不可避免的,管孔应如何布置才能保证安全运行?《锅规》的指导思想十分明确,只要有可能,就应该把所有的孔都布置在远离焊缝及其热影响区的母材上。其理由可以归纳为以下几点:1在焊缝上及其热影响区开孔,降低了受压元件的安全性。我们知道焊缝是薄弱部位。在受压元件上开孔,由于破坏了结构的连续性,在孔的边缘一定范围内,会产生应力集中。若此孔开在焊缝上,使薄弱部位更加薄弱。由于焊缝存在焊接应力(即使经过热处理也还有小部分存在)。若开孔为焊接管孔;随之而来的焊接又会产生一定的焊接残余应力,两个残余应力叠加起来,增加了结构的危险性;若开孔为胀接管孔,可能会影响胀接质量。若焊接管孔开在焊缝的热影响区,焊接会使热影响区金属的晶粒变粗;降低了金属的力学性能和塑性。2在焊缝上开孔可能增加受压元件金属耗量,提高了制造成本。按照我国水管锅炉受压元件强度计算标准规定,圆筒形承受内压的元件的理论厚度SL用下列公式计算:SL=PDN2[σ]Φ−PSL=ΡDΝ2[σ]Φ-Ρ公式中的减弱系数Φ,为开孔减弱系数Φk或焊缝减弱系数ΦH。我们知道,Φk为一个小于1的数值,ΦH为一个小于或等于1的数值。计算标准规定,当开孔位于母材上时,Φ取Φk和ΦH中的较小者;当开孔位于焊缝上时,Φ取Φk和ΦH的乘积。当ΦH<1时,Φk·ΦH小于Φk和ΦH中的较小者,也就是说在其它条件完全相同,当在焊缝上开孔时,SL要比在母材上开孔来得大,也就是说金属耗量要大一些,制造成本要高一些。3在焊缝上开孔,延长了生产周期,提高了制造成本。在焊缝上开孔,必须采取一系列的措施来消除或减少不安全的因素。最主要是通过热处理来消除焊接残余应力和保证开孔处焊缝无超标缺陷。96版《锅规》规定,低碳钢受压元件其壁厚大小30mm的对接接头必须进行焊后热处理消除应力。在同一本《锅规》中又规定,在受压元件焊缝上开焊接管孔时,管接头焊后要热处理消除应力,在环焊缝上开胀接管孔时,受压元件要整体热处理,因此在焊缝上开孔,使一些原本不需要热处理的锅炉受压元件必须增加热处理的工序,使生产周期拉长,生产成本加大。从以上的分析中,我们知道,在焊缝上开孔的结构无论从技术上抑或从经济上来说都不是一种好的结构,只要能够避免,就应该尽量避免。集中下降管是锅炉重要受压元件,其数量又很少,避开焊缝是可能的,因此《锅规》不允许其管孔开在焊缝上。焊接管孔数量很多,要完全避开焊缝确有困难。从60版《锅规》开始一直到96版《锅规》,虽然对在焊缝上开焊接管孔的限定条件不完全一样,但都是允许的。只不过96版《锅规》的提法更全面、更系统也更明确,执行起来心中更有底。胀接管孔的数量并不比焊接管孔少,要避开焊缝也是很困难的。但96版《锅规》以前的锅规均严格禁止在焊缝上开胀接管孔,96版《锅规》开了禁,但条件限制远较焊接管孔严格。表现在:1胀接管孔只允许开在受压元件环向焊缝上,不允许开在纵向焊缝上,而焊接管孔则无此限定。2胀接管孔周围焊缝必须用射线探伤检测合格,焊接管孔可以用射线或超声波任一手段。3在焊缝上开胀接管孔的受压元件必须整体热处理,焊接管孔只须在管接头焊后进行局部热处理。96版《锅规》在这个问题上发生变化的原因是考虑到以下因素:1胀接管孔实际上是难以完全避开焊缝的,硬性禁止会给制造厂造成很大的困难。国外进口的锅炉在焊缝上开胀接管孔的锅炉运行中并未发生太大的问题,国内一些单位的试验结果也说明不允许在焊缝上开胀接管孔的禁区是可以突破的。2胀接管孔依然不允许开在纵缝上的原因是:(1)由于以前《锅规》的禁止,国产锅炉缺乏大面积运行的实例,是否会出问题心中不太有底。(2)纵缝应力水平比环缝高,出问题的可能性大。(3)管孔避开纵缝的可能性比环缝大。3胀接管孔尚不能和焊接管孔