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CF62球罐再次組焊角變形研究

文檔作者：李前楊金富徐維普文檔來源：上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院		點擊數：	更新時間： 2021年02月28日
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1 工程背景
．廣場
由于世博會選址的需要，寶
鋼集團上海浦東鋼鐵有限公司兩
座已服役十年左右的400m 球罐需
進行球罐現(xiàn)場切割，然后運至新
址重新組焊安裝。球罐為國產武
漢鋼鐵公司生產07MnCrMoVR(CF一
62)材料，該球罐厚度為38mm，設
計壓力為3．09MPa，設計溫度為常
溫。該球罐為混合瓣式，共切割為
12片，部分宏觀照片見圖1。
本次球罐搬遷工程是兩座已
服役十余年的舊球罐經切割后再
次組焊，在此過程中由于舊焊縫
的切除及其幾何尺寸的變化，難
免會引起球罐曲率的變化， 焊接
時該鋼板更加容易產生焊接角變
形。焊接角變形是球形儲罐焊接
C F62球罐再次組焊角變
形研究
李前楊金富徐維普
(上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院上海200062)
【摘 要】兩臺服役十年的CF一62球罐需進行分拆搬遷，然后重新組
焊。對此工程中容易出現(xiàn)的焊后角變形進行了研究，提出了工藝措
施，對序后的球罐驗收具有重要意義。
【關鍵詞】CF62鋼球罐再次組焊角變形
時不可避免的主要缺點，它的存
在會造成焊接結構形狀變異，引
起應力集中，是造成焊接結構早
期失效的主要原因之一。而對于
本次特殊狀況，國內外尚未進行
過此方面的研究，因此，本文通過
有限元軟件建立球罐角變形模型，
對其極限尺寸進行有限元應力分
析，研究焊縫棱角區(qū)的應力分布
情況和應力水平，提供球罐組焊
驗收依據和控制角變形的工藝措
施。
2 角變形有限元建模
本次球罐現(xiàn)場切割后，由于
運輸、多次裝卸以及舊焊縫切割
后部分球殼板幾何尺寸的減少，
會產生曲率變形，易造成組裝后
李前(1 98 1一)助工。在上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院工作。
2 I石油和化工設置 0。
的焊縫角變形和錯邊，這就給后
序的組裝、焊接增加很多困難。
球罐以連續(xù)圓滑的受力面均
勻地承受壓力，使其處于最佳狀
態(tài)，當產生角變形時，因圓滑的連
續(xù)面上產生了折變，使焊接后的
殘余應力集中于此，形成附加的
彎曲應力，從而減少材料在該處
的承壓能力，使球罐的整體安全
性降低¨1。所以球形壓力容器對其
焊縫角變形的要求非常嚴格，并
成為檢查驗收的主要項目之一。
按照GB 150—1998《鋼制壓力容器》
的規(guī)定，限制棱角的最大高度不
能大于6mm；而GB12337—1998《鋼
制球形儲罐》標準規(guī)定，焊前角變
形不超過7 mm，焊后角變形不超過
lOmm；但日本標準JLP A201中卻規(guī)
定，限制棱角的最大高度不能大
于15mmr 1?？梢?，各國的標準對于
限制棱角的最大高度也有較大的
差異。因此，為了準確地掌握焊縫
棱角區(qū)的應力分布情況和應力水
平，對球罐進行了工況條件下的
有限元建模，進行不同角變形參
數下的應力分析和有限元計算，
研究組裝后球殼板的焊縫間隙和
角變形極限，以此對組焊后的球
罐進行驗收。該球罐的基本參數
如表1所示。
此次球罐有限元應力分析關
鍵是討論焊縫棱角區(qū)的應力分布，
根據球罐的對稱性，取球罐的八
分之一作為計算模型，根據球罐
實際工況條件建立有限元模型，
如圖2所示。
3 角變形有限元模型計算
為了研究在不同棱角高度下
球罐的應力分布狀況，建立了棱
角高度分別為8mm、10mm、12mm、
15mm和18mm的焊縫棱角有限元模
型，分外棱角和內棱角兩種形式。
經過有限元建模，根據實際工況
設置模型的約束參數，然后進行
網格劃分和有限元計算和分析，
研究球罐的應力分布狀況和棱角
區(qū)的最大應力。圖3為外棱角高度
15mm時球罐的應力分布，圖4為內
棱角高度1 5mm時球罐的應力分
布。
經有限元計算分析，球罐在
不同棱角高度時的最大應力值如
表2所示。圖5為棱角高度和球罐
最大應力對應的折線圖。從圖中
可以看出，隨著棱角高度的增大，
球罐的最大應力隨著增加，且內
棱角形式表現(xiàn)更為突出。由于
07MnCrMoVR材料的許用應力為
203MPar ，從安全角度出發(fā)，焊縫
棱角區(qū)的應力可視為一次局部應
力，按照標準JB4732—1995用1．5倍
內徑 9200mm 設計溫度 常溫
材質 07MnCrMOVR 工作溫度 常溫
板厚 6=38mm 最高工作壓力 2．94MPa
設計壓力 3．09MPa 結構形式 混合式三帶
盛裝介質 氧(氮)氣 支柱數量 8(正切)
備注： 球罐由武漢鋼鐵設計研究院設計，1995年11月投用。
棱角高度 =In l(hm 12rrrn 15rnn 18rrm
棱角形式 外 內 外 內 外 內 外 內 外 內
最大應力 280 243 294 287 305 310 319 332 375 390
(MPa)
200。．。 石油和化工設備J 3
廣場
的材料許用應力來加以限制， 因
此，認為球罐的焊縫棱角區(qū)的高
度應控制在12ram以下 1。
4 結論
對本次兩座服役后的舊球罐
經切割移位后再次組焊時產生的
焊縫棱角進行有限元分析，經過
約束條件，進行有限元計算和分
析，該球罐再次組焊時的棱角高
度建議應限制在12mm以下，以便
保證以后的安全使用。
現(xiàn)場施工時，可以采用單片
組裝成形法，需要在每一塊球殼
板上點焊組裝用的定位塊，要在
組裝前翻動或攤開每塊球殼板，
也會減小球殼板的曲率。同時，增
設防變形弧板，合理安排焊接順
序以及正確選取焊接技術參數等
方法，將角變形控制在標準允許
有限元建模，根據實際工況定義 范圍內 。
f31王嘉麟，侯賢忠．球形儲罐焊接工程技術『M1．北京：機械工業(yè)出版
社，1 999．
『41 A．Svs，Influence of an．qular distortion at a lonqitudinal ioint of a cy—
Iindrical pressure vessel rR]．ICPVT一3(Japan)．1 977．
“過濾分離工藝、設備技術咨詢與科學技術服務"正在進行中
為了幫助企業(yè)解決過濾與分離工藝、設備選型、配套集成、正確操作與合理使用中遇到的問題，中華過濾分離網
與天津大學化工學院過程裝備與控制工程系、上?；ぱ芯吭夯瘜W工程及裝備研究所合作，開展“過濾分離工藝、設
備技術咨詢與科學技術服務”活動。為企業(yè)提供咨詢與答疑，并可對提供的欲分離物料性質與過濾、分離的可行性進
行測定與試驗，提供試驗結果。
技術咨詢與技術服務的具體內容：
1．對過濾與分離的工藝流程(即過濾與分離崗位的上、下游)的合理性進行技術分析。
2．根據欲分離物料的性質、任務大小、要達到的分離要求等，正確選擇分離機械。
3．對欲采用的過濾介質(濾布、濾網、濾芯、濾帶、濾膜等)進行選擇。
4．對難分離物料進行預處理試驗(如加入凝聚劑、絮凝劑、助濾劑表面活性劑、酶制劑等，或選擇其它重力、旋
流、氣浮等預處理技術)。
5．對已選定的分離機械確定正確的進行適宜操作條件的選擇。如：過濾設備：過濾介質、操作壓力、操作溫度、加
料量、pH值的調整、進料濃度、操作周期、濾餅厚度等； 離心分離設備：機型選擇，進料濃度，操作條件，分離因
數，加料、分離、洗滌、卸料周期確定，濾布、濾網的選擇等。
6．如有必要，還可以上海化工研究院化學工程及裝備研究所或天津大學化工學院為依托另進行相關的可行性試驗。
以上兩家科研單位具有能從事過濾與分離技術的力量，以及相關儀器和專用設備，可從事物性測定、物料預處理及過
濾可行性試驗與研究。
聯(lián)系單位：中華過濾與分離網(www．chinasepa．com) 聯(lián)系人：管士濤
電話：010-6491 5386 傳真：010-64945601 E-mail：chinasepa@l 63．com
4 I石油和化工設備． 0。．。

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