空分冷箱鋼結(jié)構(gòu)損壞原因和修復(fù)探究

王瑞

摘要：目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，由于長(zhǎng)期運(yùn)行，珠光砂保溫性能下降，以及管道和冷箱的距離之間的近距離，導(dǎo)致冷箱鋼結(jié)構(gòu)與低溫管道之間的隔離不佳，會(huì)發(fā)生低溫冷脆，直接影響整體的安全運(yùn)行。介紹了寶鋼2#空分冷箱在漏液和長(zhǎng)期處于低溫區(qū)域引起的鋼結(jié)構(gòu)斷裂后的分析，事故解決方案以及對(duì)冷箱隔離方式的探討。

關(guān)鍵詞：冷箱;鋼結(jié)構(gòu);低溫;斷裂;修補(bǔ);隔離

引言

隨著中國(guó)制造業(yè)飛速發(fā)展，空分行業(yè)與國(guó)外企業(yè)合作的項(xiàng)目日益增多，國(guó)外客戶(hù)希望設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單，施工周期短。整裝冷箱是在制造公司內(nèi)制造完成、整體交貨的設(shè)備，目前已成為中小型空分設(shè)備用戶(hù)首選的冷箱類(lèi)型。下面以福建巖興氣體有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：福建巖興）4100m3/h液體空分設(shè)備為例，闡述空分設(shè)備整裝冷箱的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1結(jié)構(gòu)鋼材的代用原則

由于加工廠備料規(guī)格不能完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需要代用鋼材時(shí)，一般需與設(shè)計(jì)院共同研究，按下列原則進(jìn)行：（1）代用鋼材的機(jī)械性能和化學(xué)成分應(yīng)與原設(shè)計(jì)一致。（2）代用鋼材時(shí)，應(yīng)認(rèn)真復(fù)核構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度，特別要注意因材料代用可能產(chǎn)生自重的增加和偏心影響引起的附加應(yīng)力，也應(yīng)該注意核算截面的其他力學(xué)特征（如慣性矩、抵抗矩、回轉(zhuǎn)半徑等）改變后的影響。在機(jī)械性能達(dá)到保證的條件下，還應(yīng)兼顧同厚度、截面一致規(guī)格材料。（3）因代用材料可能引起構(gòu)件之間連接尺寸有變動(dòng)或與設(shè)計(jì)要求不符，設(shè)計(jì)者應(yīng)在代用材料時(shí)給予合理的修改。（4）當(dāng)鋼材規(guī)格（尺寸）與設(shè)計(jì)要求不符，需以小代大或以大代小時(shí)，要經(jīng)計(jì)算符合要求后才能代用。代用鋼材時(shí)不可隨意以大代小，引起自重載荷增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞，應(yīng)在可能的范圍內(nèi)盡量做到使用上和經(jīng)濟(jì)上的合理。（5）當(dāng)鋼號(hào)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而生產(chǎn)廠家提供的材質(zhì)保證書(shū)中缺少設(shè)計(jì)提出的部分性能要求時(shí)，應(yīng)做補(bǔ)充試驗(yàn)，合格后方能使用。補(bǔ)充試驗(yàn)的試件數(shù)量，每爐鋼材、每種型號(hào)規(guī)格一般不宜少于3個(gè)。（6）當(dāng)鋼材性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而鋼號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)于設(shè)計(jì)提出的要求時(shí)，如鎮(zhèn)靜鋼代替沸騰鋼、平爐鋼代替頂吹轉(zhuǎn)爐鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼代替普碳鋼（20號(hào)鋼代替Q235鋼）等時(shí)，應(yīng)注意節(jié)約，不應(yīng)任意以?xún)?yōu)代劣，使質(zhì)量差距過(guò)大。（7）當(dāng)鋼材品種不全，需用其他專(zhuān)業(yè)用鋼材代替建筑結(jié)構(gòu)鋼材時(shí)，應(yīng)把代用鋼材生產(chǎn)的技術(shù)條件與建筑鋼材的技術(shù)條件相對(duì)照，以保證代用的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性;普通低合金鋼需相互代用時(shí)，要十分謹(jǐn)慎，除機(jī)械性能應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求外，在化學(xué)成分方面應(yīng)注意可焊性。重要的結(jié)構(gòu)要有可靠的試驗(yàn)依據(jù);需采用進(jìn)口鋼材代用時(shí)，應(yīng)驗(yàn)證其化學(xué)成分和機(jī)械性能是否滿(mǎn)足相應(yīng)鋼號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。

2空分冷箱鋼結(jié)構(gòu)損壞原因和修復(fù)探究

2.1液體管道泄漏，導(dǎo)致冷箱凍裂

雖然在凍裂的冷箱板附近未發(fā)現(xiàn)有泄漏的液體管道，但從在上部結(jié)冰區(qū)域發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域共有兩個(gè)閥門(mén)斷裂，758和791。分別是液體排放管和加溫管，由于這兩個(gè)斷裂的閥門(mén)靠的非常近，泄漏的液體被加溫管泄漏的氮?dú)庹舭l(fā)變?yōu)闅怏w，所以在冷箱板上未發(fā)現(xiàn)任何跑冷和結(jié)冰現(xiàn)象。而未蒸發(fā)的液體向下，流至發(fā)生凍裂區(qū)域積聚。而隨后的二次捉漏，在副冷箱側(cè)上部6m左右發(fā)現(xiàn)一根不凝性氣體排放管有斷裂現(xiàn)象，而且斷裂處口徑較大，約3～4mm。雖然這是氣體排放管但管道內(nèi)長(zhǎng)期是氣液混合，長(zhǎng)期的液體泄漏是造成冷箱凍裂的重要原因，而且從位置關(guān)系也可以對(duì)應(yīng)起來(lái)，該處的液體橫向流動(dòng)距離很短，泄漏點(diǎn)和凍裂處基本在同一垂直方向，因此這個(gè)泄漏點(diǎn)引起冷箱板開(kāi)裂更有可信度。

2.2吊耳的設(shè)計(jì)

2段冷箱較重，自身重量加上內(nèi)部塔器將近80t左右，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》（HG/J21574—2008）需選軸式吊耳，但冷箱方管寬度只有200mm，直接按標(biāo)準(zhǔn)形式焊接則焊縫面積無(wú)法達(dá)到要求。因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，將管軸直接插進(jìn)方管內(nèi)部，而不是焊接在方管上，最后對(duì)方管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2.3主冷箱和副冷箱隔板長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)，導(dǎo)致冷箱凍裂

開(kāi)裂冷箱長(zhǎng)期處于低溫區(qū)域，過(guò)冷器的工作溫度在-170℃，雖然有珠光砂保溫層，但長(zhǎng)期處于這一溫度下，珠光砂溫度也會(huì)被冷卻至相當(dāng)?shù)?，冷箱板通常使用Q235碳鋼，普通碳鋼耐低溫性能極限-20℃，如果低于這一溫度，會(huì)發(fā)生冷脆。而冷箱板發(fā)生斷裂最嚴(yán)重區(qū)域正是正對(duì)過(guò)冷器的區(qū)域。過(guò)冷器與冷箱板距離僅1m，長(zhǎng)期的輻射換熱，導(dǎo)致冷箱板凍裂。

2.4鋼材的復(fù)驗(yàn)

當(dāng)鋼材屬于下列情況之一時(shí)，在加工下料前應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，其化學(xué)成分、力學(xué)性能及設(shè)計(jì)要求的其他指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。進(jìn)口鋼材應(yīng)符合供貨國(guó)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（1）國(guó)外進(jìn)口鋼材;（2）鋼材混批;（3）板厚等于或大于40mm，并承受沿板厚方向拉力作用的厚板;且設(shè)計(jì)有Z向性能要求;（4）現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50017—2003中未含的鋼材品種及設(shè)計(jì)有復(fù)驗(yàn)要求的鋼材;（5）對(duì)質(zhì)量有疑義的鋼材。

2.5強(qiáng)度保證，原先工字鋼雖然有大面積開(kāi)裂現(xiàn)象，但沒(méi)有錯(cuò)位，所以只要將裂紋修補(bǔ)好即可

不銹鋼板將工字鋼全部包覆后，工字鋼原來(lái)的裂縫全部修補(bǔ)好，不銹鋼板也起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用。原先立柱是采用28a的工字鋼雙拼箱型結(jié)構(gòu)，截面積為55.404×2=110.808cm2。而本次不銹鋼在工字鋼的強(qiáng)側(cè)采用連續(xù)的鋼板修補(bǔ)，所以補(bǔ)強(qiáng)后承載能力加強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)后截面積增加為158.808cm2（不計(jì)算Y軸上的不銹鋼面積）。計(jì)算后在X軸方向可以單位長(zhǎng)度上承載能力為原來(lái)的1.25倍，Y軸方向?yàn)樵瓉?lái)的1.22倍。

結(jié)語(yǔ)

整裝冷箱在荷載計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行吊裝工況的計(jì)算，而常規(guī)冷箱不需要。相比常規(guī)冷箱，整裝冷箱在成本、質(zhì)量和生產(chǎn)周期等方面具有優(yōu)勢(shì)。整裝冷箱運(yùn)輸成本高，現(xiàn)場(chǎng)安裝成本低，質(zhì)量有保證。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)正庭.最新鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]崔佳.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范理解與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

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