化工设备高温结构设计难点研究

何 芳

（镇江万特福化工有限公司，江苏镇江 212006）

化工设备高温结构设计难点研究

何 芳

（镇江万特福化工有限公司，江苏镇江 212006）

以往工程实践中化工设备设计人员往往会忽略高温结构设计的特殊性，在高温结构设计过程中未针对设备膨胀量、高温材料膨胀量、以及局部结构膨胀量等因素进行考量。做好化工设备高温结构设计工作会对化工设备的运行安全与使用寿命产生重要影响。围绕化工设备高温结构设计方面的关键问题进行分析与探讨，望能够引起各方人员的关注与重视。

化工设备；高温结构；设计

1 化工设备高温结构设计中的问题分析

化工设备长期处于高温环境条件下运行，高温结构弹性敏感程度高，容易受到大量因素的影响，高温结构弹性性能的高低将会直接影响化工设备的整体性能。因此，可通过设置螺旋式弹性垫圈装置的方式提高结构性能。但这种方案下虽然对提高化工设备结构弹性性能有积极作用，但也会在一定程度上影响法兰件的性能。加之密封垫片对应预紧力水平较高，因此密封垫片的设置会在很大程度上对化工设备高温结构产生约束作用力，直接降低化工设备高温结构可承受的预紧力水平。

除此以外，高温环境条件对化工设备高温结构所产生的影响还表现在螺旋式装置的蠕变现象方面。高温结构中法兰件、垫片等装置耐热性有限，在高温条件下变形可能性高，极有可能导致化工设备发生热损坏现象，最终对其使用寿命以及使用性能产生不良影响。

2 化工设备高温结构设计优化实例分析

化工设备高温结构内在应力水平与产品结构形状有密切关系。对于制品曲率半径较小、应力较为集中、瓷层厚度较大的部位而言，为了最大限度的控制内应力水平，避免产生瓷爆现象，应加强结构设计的优化研究。以搪玻璃设备为例，现行设备技术条件规范中明确规定：化工设备基体搪玻璃侧不存在非连续结构，转角部位应以较为圆滑方式过渡，焊接接头部位应遵循以搪玻璃侧对齐为基本原则，同一设备所使用基体材料厚度比值应低于3.0，并且以逐渐过渡为宜。通过此种方式，能够针对高应力区域（如布管集中区域、非径向接管区域、大开孔边缘区域等）的应力水平进行有效控制，改善应力集中问题，降低峰值应力水平。

在化工设备实际生产过程中，产品质量的主要因素之一即为设计结构的偏差。以DN150带视镜手孔原设计图见图1，该设备采用厚度25.0mm钢板机器进行加工，焙烧过程中发现开孔转角部位出现爆瓷问题，分析认为设计方面存在的局限性体现在以下几个方面：第一，开孔直径不足；第二，手控基体厚度为25.0mm与视镜凸台15.0mm存在较大差距，转角部位容易出现应力集中现象，焙烧过程中热应力释放难度大。针对上述问题，对该设备高温结构进行重新设计与优化，所采取设计措施如下：第一，对原化工设备高温结构钢板厚度进行提高，厚度调整至20.0mm，通过增加壁厚的方式降低内应力水平；第二，于视镜凸台外侧基体上表面也车凸台，以提高壁厚的均匀性水平；第三，对内孔孔径进行扩大处理，以避免应力过于集中对热残余应力释放所产生的不良影响。经改进后该结构设计方案见图2。观察显示经修改后，该结构应力集中部位未继续发生爆瓷现象。

图1 化工设备高温结构改进前设计方案示意

图2 化工设备高温结构改进后设计方案示意

除此以外，在化工设备高温结构优化设计过程中，还应当重点关注以下几个方面的问题：第一，在化工设备高温结构设计过程中，应考虑高温管线对端点管法兰件的推力矩数值，若该参数过大则提示法兰件可能存在泄漏故障。因此，高温结构设计时必须与配管专业进行认真核对与确认。第二，重视对活套法兰件的合理应用。以活套法兰件有效抵抗热冲击以及热循环作用力，由于此类法兰件的刚度大、因此可以通过法兰螺栓张力作用降低挠度水平，避免高温结构管壁热应力转移至法兰件并诱发偏转等问题。第三，对设计参数进行科学设置。设计参数是否科学合理将直接关系着法拉件在高温环境下是否会出现泄漏等问题。因此，高温结构设计中必须对相关设计参数进行进一步检查，以确保所有参数的准确，避免出现细节不符合规定的情况。

3 结束语

在化工设备生产运行的过程中所面临的工作条件与工作环境比较特殊，常常面临高压、高温等恶劣工况，对高温结构的稳定性与耐久性产生极为不良的影响。因此，为进一步提高化工设备生产使用中的安全性与可靠性，应在化工设备高温结构设计过程中引起重视。本文以上分析着重探讨研究了化工设备高温结构设计中存在的难点，并结合实例对高温结构设计优化的具体措施与方法进行分析，望能够引起业内人士的关注与重视。

[1] 肖青，任静，朱婷婷，等.化工设备中高温结构设计问题分析[J].商品与质量，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，江苏镇江人，工程师，主要从事化工设备管理工作。