发电机汽包高温高压应力测试

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 某厂7号机组汽包自投运使用已有15年历史,在检修过程中,发现该汽包存在多处缺陷,目前该设备处于带缺陷运行状态。为了解汽包在高温、高压工作条件下的应力分布情况,为汽包的设计、检查、安全鉴定提供依据,我们对该汽包进行了常温加压及高温高压应力测试

汽包常温加压试验

仪器介绍及应变测点布置

仪器采用聚航科技JHYC动态应变仪,测点主要布置在汽包中缝附近的环向,汽包封头焊缝附近和汽包1、2号下降管管座焊缝及附近处,总共有16个测点,每个测点均贴上二向或三向应变花。

试验工况为0MPa,2MPa,4MPa,6MPa、8MPa、9.2MPa。

常温加压实验结果分析

从试验结果可以看出;

相同工况下,汽包筒体上2-7号测点主应力值相差不大。其中,2号、6号测点应力较大。在8MPa压力工况下,2号测点主应力e1= 77.04MPa,6号测点主应力e1= 72.58MPa,在最大压力(9.2MPa)工况下,2号测点e1= 86.60MPa,6号测点e1= 82.78MPa。

汽包筒体与下降管连接焊缝区附近,在同一工况下,主应力值分布规律大致一样,即汽包靠焊缝处(8号、11号、13号测点)的应力值较大,下降管靠焊缝处(9号、12号、14号测点)的应力值较小,在焊缝区(10号、15号测点)的应力值也不大,在9.2MPa压力工况下,8号、13号测点最大应力e1值分别为105.74MPa和106.55MPa。

汽包高温加压试验

应变测点和温度测点布置

高温应变测点位置与常温测点位置基本相同,点数略少一些,共10个测点。温度测点与应变测点位置基本一致,并略多一些,共12个测点。汽包筒体上各测点沿环向、纵向焊上高温应变片,汽包与下降管连接焊缝区的测点沿三向焊上高温应变片。

高温加压试验工况为0MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、9.8MPa。在记录测点应变时,也会记录测点温度。试验时加压速度为0.1MPa/min。

高温加压试验结果分析

从试验结果可以看出;

在汽包筒体上1-6号测点在相同工况下主应力值有一定差距,例如,在8MPa工况下,1-6号测点e1分别为67.88MPa,74.32MPa,95.50MPa,65.70MPa,101.78MPa,92.69MPa,在最大压力(9.8MPa)工况下,1-6号测点e1分别为84.71MPa,100.97MPa,106.88MPa,81.20MPa,115.07MPa,108.33MPa。

在汽包筒体与下降管连接焊缝区附近,在相同工况下,汽包靠焊缝处的主应力值比下降管靠焊缝处的主应力值要大,在8MPa压力工况下(温度约276-280℃),8号、9号、10号测点e1分别为61.85MPa、105.29MPa、44.36MPa,在最大压力(9.8MPa)工况下(温度约281-297℃),8号、9号、10号测点e1分别为66.81MPa、128.26MPa、50.98MPa。

常温加压与高温加压试验结果比较

常温测点

高温测点

e1=8MPa

e1=9.2MPa

e1=9.89.2MPa

常温

高温

常温

高温

1

1

 

67.88

 

84.71

2

 

77.04

 

86.60

 

3

2

 

74.32

 

100.97

4

3

68.56

95.50

77.19

106.88

5

4

62.90

65.70

72.80

81.20

6

5

72.58

101.78

82.78

115.07

7

6

69.00

92.69

78.19

708.33

8

7

92.36

 

105.74

 

9

8

22.78

61.85

26.76

66.81

13

9

93.20

105.30

106.55

128.30

14

10

31.54

44.40

36.96

51.00

从上表的试验对比结果可以看出;

1.在相同压力下,常温加压与高温加压应力的分布规律基本相同;高温加压下各测点的应力值比常温加压相应点的应力值要高,约高13-30MPa。

2.在汽包与下降管连接之焊缝区上y方向测点的应力值较大,在常温加压(9.29.2MPa)工况下,13号测点主应力e1=106.55MPa;在高温(297℃)加压(9.8MPa)工况下,相应的测点(高温9号)的主应力e1=128.30MPa。

结论

① 7号机汽包常温加压试验测试精度较高,反映了汽包测点在各压力工况下的实际应力值,可作为理论计算时重要参考。

② 本次试验是在汽包与下降管焊缝进行修补之后,设备处于完好情况下进行的,测试结果反映了汽包工作室的实际情况。

③ 在筒体区,常温、高温应力分布规律相同,应力水平相差不大,如:常温试验在9.2MPa工况下,测点应力在72.80MPa至86.60MPa之间,高温试验在9.8MPa工况下,测点应力在81.20MPa至108.33MPa之间,如果达到汽包最高工作压力(11MPa)时,最大应力值可达到120MPa。

④ 在汽包与下降管之间的焊缝区,常温、高温应力分布规律相似,在9.2MPa工况下的常温试验中,最大主应力e1=106.55MPa,在9.8MPa工况下的高温试验中,最大主应力e1=128.30MPa,如果达到汽包最高工作压力时,最大应力可达140MPa。

这说明,汽包在正常工作最大压力11MPa下,筒体应力在120MPa左右,属正常范围,在汽包与下降管焊缝区靠汽包一侧应力可达140MPa左右,焊缝区应力较复杂,加上焊接残余应力,此区域应力值较高,是汽包工作时的危险位置。