摘  要  避免熱風管道耐火磚襯損壞，減少波紋補償器原位外包檢修用時較長的弊端，進行波紋補償器在線修復(fù)和移位修復(fù)，減少高爐休風時間，恢復(fù)管系熱位移補償效果。

關(guān)健詞  補償器泄漏  碳鋼包   熱位移   盲板力  管道大拉桿

1  前言

輸送各種介質(zhì)的管道都存在熱脹冷縮的現(xiàn)象，為消除管道因溫差變形所產(chǎn)生的應(yīng)力影響，絕大部分管道都進行了補償設(shè)計，其中，采用波紋補償器進行管道熱補償?shù)脑O(shè)計較普遍、經(jīng)濟，但因設(shè)備使用環(huán)境復(fù)雜，影響使用壽命的不確定因素較多，波紋補償器的使用壽命難預(yù)計，當出現(xiàn)泄漏后，采取及時有效的處理方案，可最大限度的減少對生產(chǎn)的影響。

2013年4月8日，6號高爐熱風直管補償器發(fā)生腐蝕泄漏，通過綜合分析判斷，決定分階段采取臨時處理和徹底處理的兩個方案，最終以相對較小的代價解決了本次熱風直管波紋補償器的泄漏故障。

2  方案可行性分析

該熱風直管原采用自由復(fù)式波紋補償器，外帶四根Φ105管道大拉桿的形式，對軸向和徑向產(chǎn)生的熱位移進行補償，以防止熱風直管、高爐因溫差變化產(chǎn)生的熱位移，作用在熱風圍管上，造成送風裝置移位、風口漏風，影響生產(chǎn)。

本次發(fā)生泄漏的補償器已投用約8年，從不銹鋼波紋的波峰處軸向開裂約100mm，屬化學腐蝕。見圖1：

臨時處理方案采取在線原位安裝碳鋼包的措施，進行緊急封堵，以防止泄漏熱風對流時間過長，沖刷磚襯裂縫，造成泄漏擴大、緊急停產(chǎn)。

徹底處理方案采取移位外包不銹鋼波紋補償器的措施，達到減少檢修時間、恢復(fù)補償器功能的目的。

下面就具體方案的可行性進行分析。

2.1  臨時處理方案

在線原位安裝碳鋼包的臨時處理方案，在高爐正常生產(chǎn)的過程中實施。此時，管道熱膨脹已到位，只要生產(chǎn)正常，無休慢風導致管道冷卻產(chǎn)生冷縮，碳鋼包則不會變形、受力。

原管道外徑為Φ2594，補償器波紋高度80mm、新增耐高溫纖維氈厚度約200mm,碳鋼包最小直徑D=2054mm,考慮卷管誤差及拼裝方便，碳鋼包直徑Image設(shè)定為3200mm,長度約2m。為保障措施安全，需對碳鋼包壁厚進行核算。

2.1.1  碳鋼包設(shè)計壁厚核算

（1）已知條件：1）工作壓力P=0.4MPa；2）工作溫度t=150℃。

（2）管道理論壁厚計算：

 Image=6.65mm公式（1）

上式中    δ——管道計算壁厚（mm）；

P ——設(shè)計壓力（MPa）；

          Image——管道外徑（mm）；

          Image——鋼管在設(shè)計溫度t下的許用應(yīng)力（MPa）=113MPa；

          Image——焊接接頭系數(shù)=0.85；

Y——系數(shù)，對于≤482℃鋼管，Y=0.4，510℃，Y=0.5。

（3）管道設(shè)計壁厚計算：

  Image=δ+C=8mm公式（2）

C=Image =1.35mm公式（3）

上式中    Image——管道設(shè)計壁厚（mm）；

          C——管道壁厚附加量（mm）；

          Image管道壁厚負偏差附加量，包括加工、開槽和螺紋深度及材料厚度負偏差（mm）；

          Image——管道壁厚腐蝕附加量（mm）；

          δ——管道計算壁厚（mm）；

通過查表所知：Image=0.6mm；Image=0.75mm。

根據(jù)公式（2）計算，可采用δ8鋼板卷制Φ3200碳鋼包，在保障高爐不休風的前提下，進行泄漏波紋補償器的臨時緊急封堵。

2.1.2  方案實施內(nèi)容

(1)在損壞的補償器與碳鋼包之間，填充約200mm厚耐高溫纖維氈，防止泄漏點熱輻射直吹碳鋼包造成炭化，降低碳鋼包強度。

(2)碳鋼包制安。將補償器泄漏點處的碳鋼包預(yù)留約400mm長最后焊接，并安裝DN50手動泄壓球閥，保障焊接收口。

2.2  徹底處理方案

采取移位外包不銹鋼波紋補償器的徹底處理方案，主要達到減少檢修時間、恢復(fù)補償器功能的目的，防止熱風直管、高爐因溫差變化產(chǎn)生的熱位移對熱風圍管及送風裝置產(chǎn)生影響。見圖2、圖3：

外包不銹鋼波紋補償器長度約1800mm，緊鄰舊碳鋼包，其最大直徑比原補償器大，內(nèi)壓產(chǎn)生的盲板力已增大，為保障管系安全，需重新核算4根Φ105管道大拉桿的最大受力，以確定外包不銹鋼波紋直徑。

2.2.1  外包不銹鋼波紋補償器最大直徑核算

（1）已知條件：1）工作壓力P=0.4MPa；2）工作溫度t=150℃；3）大拉桿抗拉許用應(yīng)力[δ]= 1130kg/Image；

（2）盲板力：F=P×Image 公式（4）

上式中：  P——工作壓力（MPa）；

          Image——補償器最大截面積（Image），未知。

（3）單根螺栓承載力：Ne=π(2d-1.8763t)2[δ]/16=88421.7kg=884217N公式（5）  

上式中：  Ne——抗拉承載力(kg)

d——螺栓直徑:10.5cm；

          t—— 螺紋間距：0.55cm；

          [δ]——抗拉許用應(yīng)力：1130kg/Image    

（4）保守計算，按3根大拉桿受力，則：3×Ne≥F公式（6）

根據(jù)公式（4）、（6）Image≤Image≤Image Image ≤1453mm公式（7）

上式中：Image——補償器最大半徑（mm）

根據(jù)上述公式計算，補償器最大直徑D=2×Image2906mm公式（8）

故外包不銹鋼波紋補償器尺寸確定：通徑D=2700mm，波高=75mm,最大截面直徑=2850mm。 

2.2.2  方案實施內(nèi)容

（1）將外包不銹鋼波紋補償器分成四瓣制作。

（2）高爐休風前，完成外包補償器現(xiàn)場拼裝，管道與新補償器之間填充耐高溫纖維氈，減少熱輻射對不銹鋼波紋的影響。

（3）高爐休風后，割除舊碳鋼包，舊補償器保護拉桿、環(huán)板、鎧甲環(huán)。同時，為減少舊補償器彈性反力，在不銹鋼波紋上均布鉆10個φ40通孔，新接短管與外包補償器拼接后，安裝補償器新鎧甲環(huán)，進行試壓。

（4）注意事項：新接短管因承受補償器彈性反力作用，需要一定的強度，故采用δ12鋼板卷制。同時，新接短管、外包補償器都存在制安誤差，為方便對接，需提前在外包補償器與新接短管連接端，焊接寬度約50mm—80mm的δ12環(huán)板。

3  結(jié)語

本次6#高爐熱風直管補償器泄漏故障，采取分兩個階段處理的方案，達到了以下幾個目的。

（1）減少高爐休風頻次，節(jié)約檢修時間：

臨時處理方案在線施工，不影響正常生產(chǎn)。

徹底處理方案中，較耗時的不銹鋼波紋補償器安裝工作，提前在線焊接到位，不占用檢修休風時間。

（2）恢復(fù)了該段管系補償器的補償功能，避免了熱風直管、高爐因溫差變化產(chǎn)生的熱位移對熱風圍管及送風裝置產(chǎn)生的影響。

同時，成功處理好6#高爐熱風直管補償器泄漏的故障，為今后熱風管道補償器泄漏故障的處理，提供了較好的技術(shù)支撐。

4  參考文獻

[1] 《動力管道設(shè)計手冊》編寫組.動力管道設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006.1.

[2] 徐灝主編.機械設(shè)計手冊/第1卷/[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991.9.