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空分装置换热器开孔接管开裂失效事故的应力分析 苏红霞 （液化空气（杭州）有限公司，浙江，杭州 311112） 摘 要: 基于管道有限元基本理论，根据相关规范，结合一空分装置换热器铝管道断裂失效实例，分析了铝管道支管与主管开孔和换热器封头开孔焊接处的局部应力状态。对失效管道进行安全性评定，给出切实可行的整改措施，并就该类管道的分析方法和工程运用给出建议。 关键词:铝管道；局部应力；有限元 中图分类号：TQ 055.8 文献标识码： A 文章编号： Stress analysis of opening nozzles cracking failure on ASU heat exchanger Su Hong Xia (Air Liquide(HangZhou) Co.,Ltd , Zhe Jiang, HangZhou 311112, China) Abstract: Based on the piping finite element analysis theory, according to the related standard, combined with one case of heat exchanger aluminum pipe fracture failure in air separation unit, analyze the local stress on the opening part connecting the branch pipe to the main pipe and the heat exchanger head. Assess the safety of the failure pipeline, give practical corrective measures, and give advices on analytical methods and engineering application of such pipelines. Key words: aluminum Pipe; local Stress; FEA 收稿日期：2013-05-27 作者简介：（19），，，，。引言 空分设备主换热器采用多组并联、紧凑式、高效大型板翅式换热器单元设备的外形尺寸大大缩小，空分设备的冷箱也相应缩小跑冷损失减少、膨胀量下降、启动时间缩短，提高了空分设备的技术经济性。llard提出了圆筒形容器在接管外载荷作用下产生局部应力的计算方法；80年代，美国斯坦福大学的C.R.Steele提出了壳体和接管交线的数学表达式；现在应用最广泛的是美国焊接研究委员会的WRC-297公报。后来很多学者也利用薄壳理论和有限元分析等手段来进行研究，但主要集中在圆柱壳承受内压荷载的情况。 下文描述的是综合运用应力分析软件CAESARII和有限元分析软件NozzlePro对一起发生在大型空分装置中的换热器铝管道焊口断裂失效事故的分析处理过程。 事故情况及原因分析 一空分装置换热器在运行过程中，一铝管道支管与主管和换热器封头开孔处的焊缝均断裂，并掉落到地上，见图1。该失效管路的主管、支管和换热器封头规格分别是Φ114.3X12mm、Φ219.1X18.26mm和Φ193X20mm，材料为5083-H112/O。 图1 铝管道焊缝断裂位置图 Fig.1 ALU pipe welds break location picture 初步分析事故发生过程为，运行过程中，与换热器封头焊接的焊口一侧先断，断口整齐，由于管路的压力，把另一侧母材拉开，在母材拉裂的瞬间，受高压气流的冲击，拉动下面的与主管焊接的焊口撕裂，直至整根铝管道断开掉落。事故发生后，对焊缝的焊接方案和焊接质量进行评定后，发现焊接方案和质量均符合标准的要求。同时对破裂式样进行金属化学成分和力学性能复测，测试结果显示材料化学成分和力学性能符合GB/T4437.1对5083-H112/O的要求。 在排除了材料和焊接质量的原因后，推测原因可能出在管路载荷和热应力方面，对该系统进行管道应力计算校核。在CAESARII中建立管路的模型，系统运行工况见表1，材料为5083-H112/O，许用应力值为73.8Mpa，计算校核规范为ASMEB31.3[3]。 表1 系统热工况定义 Table 1 Thermal case definition of the system 工况 工艺参数 1 最高操作温度（℃） 设计压力（MPa）NozzlePro对此处的应力进行校核计算。在CAESARII中得到该铝管道加在主管上和换热器封头管嘴处的载荷，将支管与主管连接处的载荷导入NozzlePro中，计算得到主管处的应力是