1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 4.50 (1 Vote)
К ВОПРОСУ О РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРАХ ТРУБ ОХЛАЖДЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОДУЛЕЙ ШАХТ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ (СООБЩЕНИЕ 3) 

Чеченев В.А. - первый заместитель генерального директора ОАО "Днепродомнаремонт", к.т.н., чл.-корр. АИНУ


        Рассмотрены пределы изменения напряжений в трубах охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей щахт доменных печей при применении специальных температурных компенсаторов. Установлено, что применение компенсаторов обеспечивает надежную работу труб при любом из применяемых типоразмеров труб и температуре теплоносителя.
        Stress variation limits in cooling pipes of large-size cooling modules for blast furnace stacks were addressed in relation to special expansion loops. These were found to ensure reliable service of the piping at any of the tube sizes/shapes and an arbitrary cooling agent temperature.

        Ранее [1, 2] нами показано, что компенсация термического удлинения толстостенных труб (D = 70, 76 и 95 мм при d=14 и 16 мм, сталь 20) охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей за счет дополнительного изгиба труб в среднем сечении, позволяет увеличивать их длину без повышения напряжений в местах жесткого крепления (сваркой) труб к кожуху модуля.
        Представляет также интерес другой возможный путь снижения уровня напряжений в трубах за счет введения в конструкцию специального температурного компенсатора (рис.1). В этом случае один вывод трубы жестко защемлен в кожухе (например, сваркой), а другой - сопрягается с кожухом через патрубок. При этом с внешней стороны кожуха появляется участок (13-14 на схеме рис.1а и 16-17 на схеме рис.1б), соединяющий рядом расположенные выводы труб охлаждения.




        Анализ напряженного состояния труб в рассматриваемых конструкциях выполняется с учетом тех же допущений, что и ранее [1, 2].
        В таблице 1 представлены результаты расчета напряжений в элементах холодильной трубы для варианта рис. 1а при применении испарительного охлаждения (диаметр трубы 95 мм, <У=14 мм, температура 150°С) и компенсатора на одном из выводов трубы через кожух модуля (патрубок диаметром 153 мм и толщиной стенки 6 мм).



        Ранее [1] аналогичные расчеты выполнены для таких же труб, но с защемлением (сваркой) в кожухе обоих выводов. Поэтому сравнение данных таблицы 1 и таблицы 4 [1] позволяет выявить влияние компенсатора на напряженное состояние труб охлаждения и, в частности, в наиболее напряженных узлах трубы 1 и 10. Так, для трубы длиной 1.6 м величина dmax в этих участках снизилась с 637.3-640.5 МПа до 72.9-211.3 МПа.
        Таким образом, можно утверждать, что применение компенсаторов на одном из выводов труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей является эффективным конструктивным решением, обеспечивающим повышение надежности шахты и доменной печи в целом.
        Еще в большей степени положительное влияние компенсаторов сказывается в трубах, изогнутых в двух плоскостях (по схеме рис. 16). Здесь самокомпенсация труб осуществляется за счет деформации изгиба и кручения, развивающихся в трубах взамен линейных удлинений при изменении температуры.
        Для трубы нормальное напряжение в любой точке сечения определяется по формуле:

 

 



        На рис.3 приведены значения напряжений, развивающихся в наиболее нагруженных зонах трубы (узлы 1 и 12; точка 12 принадлежит патрубку) в зависимости от параметров патрубка. Можно видеть, что увеличение жесткости патрубка ведет к росту напряжений в трубе охлаждения. А именно, увеличение толщины стенки и диаметра патрубка, а также уменьшение его высоты над кожухом вызывает повышение напряжений в узлах 1 и 12. Влияние высоты патрубка особенно значительно.



        Обобщая полученные данные, можно отметить, что введение в конструкцию крупногабаритного модуля компенсаторов напряжений для труб охлаждения позволяет существенно повысить надежность таких конструкций и увеличить предельно допустимую длину труб. Это техническое решение допускает также более высокий перепад температур между кожухом и трубой, чем при жестком закреплении в кожухе обоих выводов труб (рис.4). Следует отметить, что ограничением по максимальной величине напряжений служит исчерпание упругих свойств материала (сталь 20), т.е. 220 МПа, как это следует из таблицы 2 [1].


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        Снижение напряжений в толстостенных трубах охлаждения крупногабаритных модулей достигается установкой компенсаторов - патрубков на одном из выводов труб через кожух. Увеличение длины патрубка ведет к снижению уровня напряжений в наиболее напряженном сечении, а увеличение толщины стенки и диаметра - к росту. Применение компенсаторов обеспечивает работу труб при любом из применяемых типоразмеров труб и температуре теплоносителя.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

        1.Чеченев В.А. К вопросу о рациональных параметрах труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей (сообщение 1) // Теория и практика металлургии. -1998. - №1. - С.56-58.
        2.Чеченев В.А. К вопросу о рациональных параметрах труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей (сообщение 2) // Теория и практика металлургии. -1998. - №1. - С.59-60.