船用废气锅炉胀焊接工艺可靠性分析及改进

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进入21世纪,随着各种能源价格的大幅度上涨,节能减排是一个国家能够可持续发展的基本国策。而在船舶行业中,为提高船用蒸汽动力装置的经济性,减少其尺寸及重量,增大废热回收及循环利用,增加废气锅炉、经济器等设备是船舶蒸汽动力装置的发展趋势。  本文针对张家港格林沙洲锅炉有限公司自制的船用废气锅炉胀口胀接可靠性进行分析及工艺改进。首先阐述了胀焊结合的技术理论,其次介绍有限元分析软件的基本原理、应用基础、层次概念,再次针对胀接压力分析所用的ANSYS有限元分析结果。  废气锅炉中的对流管束与锅炉板的密封和接合强度是非常重要的。锅炉操作实际工作条件,往往会由于锅炉主机频繁启动与关机的废气温度的变化过程,冷热交替循环,对流管束胀口因热应力作用,残余接触压力降低,胀口蠕变,焊接裂纹或腐蚀,导致密封性能退化,胀口或焊缝泄漏,这些问题对船舶营运的经济安全性和工作寿命造成了很大的影响。我公司是专业生产船用锅炉的制造厂,根据各国船级社的标准,对于船用锅炉管板连接亦有不同的规定。  根据船用废气锅炉的特点,对流管束内是烟气,而管子外侧与管板则构成水腔,由于锅炉特别下管板和烟管的连接处于锅炉的最底部,锅炉内的水容易结污,如果没有消除管板连接处的间隙,在管板连接处的间隙容易结垢产生腐蚀,从而造成管板泄漏。  从各国船用锅炉制造规范来看,炉管与炉板的连结基本都需胀接并需焊接,单纯焊接虽然可以达到强度和密封的要求,但由于管束密度过高,只能采用开大坡口单面焊双面成型的方法,这样容易造成应力分布不均匀,形成管板挠曲变形,影响产品成型效果和埋下质量隐患。单纯胀接的主要目的是方便更换锅炉炉管,如锅炉遇到超温超压的事故时,胀接处应首先泄漏,不致使锅炉发生重大事故,但在实际生产应用中,锅炉与压力容器承压要求多样,单纯的方法已经无法满足既要规范安全又要兼顾实际应用的需要。所以我们采用胀焊结合的方法来提升锅炉本身的工作性能,且能兼顾安全可靠,维修方便的需要。  结合我厂的现行胀管工艺,对锅炉对流管束胀口强度以及渗漏原因做出分析,利用ANSYS有限元分析工具,研究胀焊接口所需最小的胀接力及如何获得最大拉脱力,胀口炉板孔镗槽数量与胀接效果的关系,并以此深入研究各国船级社规范,改进我厂现行的胀管工艺,以最小的投入和最低的消耗来保证我厂产品在符合多种规范要求的同时,也能安全高效的运行,为我国大型船舶动力保驾护航。
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