減壓塔加強圈為何齊齊斷裂，為何有些裂縫已經(jīng)延伸到內(nèi)圈板處，完全符合GB150的設計，為何會產(chǎn)生這么嚴重的問題。這一切的背后，是鋼板的扭曲還是型鋼的淪喪?是設計的疏忽還是校審的的失職？敬請關注，今日頭條《走近科學》讓我們跟隨鏡頭走進減壓塔高溫狂熱的內(nèi)心世界。

某年某月的某一天，就像一張破碎的臉，難以開口說再見，就讓一切重演。這不是件容易的事~~~STOP，言歸正傳.

施工是很嚴肅的事情，開車儀式上，工地上桌子上擺放紅綢脫毛大白豬，經(jīng)理率眾燒香拜佛念念有詞，道士做法保平安，爆竹在吊車上高高掛起，慶功宴席早已預定，裝置終于要開車了。

常減壓裝置試開工，減壓塔設計壓力為-0.1MPa，設計溫度410°C，操作溫度高達380°C，設備直徑7400mm，厚度26mm，高度66米，材料為Q345R。由于是負壓工況，按照GB150計算了外壓失穩(wěn)，設置了很多工字鋼的加強圈。強度方面按照塔器規(guī)范設計，一看設備就像理工科男生，屬于結實耐用型的。

該塔雄壯威武，容貌甚偉，見下圖：

塔的加強圈型鋼如下：

設備鋪設了保溫，材料為硅酸鋁針刺氈，厚度為140mm。

開車沒多久，塔外壁加強圈從下到上均有不同程度的徑向焊縫斷裂現(xiàn)象，有些裂縫已經(jīng)延伸到內(nèi)圈板處。事故發(fā)生后，趕緊停止開車，檢查原因。

查看計算書，計算書均合格，而且設備厚度裕量不小，加強圈強度慣性矩均有較大裕量，那么絕對不可能是因為失穩(wěn)，那么究竟是什么原因造成了加強圈斷裂呢？

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)問題可能出在保溫上。當時施工做的保溫如下圖所示：

加強圈露在保溫外側(cè)110mm，造成熱損失比較大，加強圈外部溫度低，內(nèi)部溫度高，內(nèi)部要膨脹，被外面的低溫的部分約束住無法自由膨脹。造成加強圈外部的應力過大，從而造成加強圈從外側(cè)開始斷裂，甚至延伸到內(nèi)圈。

那么怎么證明這點呢？

可以先估計一下，按照加強圈內(nèi)側(cè)溫度400°（最高），外側(cè)溫度100°C（實測），外側(cè)應力應該會遠超過Q345R的抗拉強度。要精確計算的話，還需要用有限元計算一下：

建立有限元模型，保溫和加強圈全部建上。

劃分網(wǎng)格

在設備內(nèi)壁施加400°C（最大的操作溫度），求得溫度場如下，加強圈外側(cè)溫度為最高為139°C，邊緣大概116°C左右：

在筒體下部施加UY方向的位移約束，求解溫度產(chǎn)生的應力場如下：

溫差產(chǎn)生的最大應力高達838.55MPa，遠遠超過Q345R的屈服強度和抗拉強度！

這就是使得加強圈斷裂的原因?

一般來說現(xiàn)場的保溫制作會將加強圈一起包進保溫里面，但是這個項目的施工方并未按照標準要求，而是將加強圈露在外面，而因為設備直徑大，加強圈剛性又很大，導致熱應力非常大，從而造成加強圈的破裂。

下圖為另一項目中，對于加強圈處的保溫結構詳圖，一般現(xiàn)場施工，均需要將加強圈包在保溫內(nèi)部，包的厚度一般也需要有保溫層的厚度，這種工程經(jīng)驗，一般施工隊都應該有。

事情已經(jīng)發(fā)生了，那么應該如何彌補呢？

舒婷有首詩寫的非常好：

《這也是一切》

不是一切大樹都被暴風折斷；

不是一切種子都找不到生根的土壤；

不是一切真情都流失在人心的沙漠里；

不是一切夢想都甘愿被折掉翅膀。

不，不是一切

都像你說的那樣！

不是一切火焰都只燃燒自己

而不把別人照亮；

不是一切星星都僅指示黑夜

而不報告曙光；

不是一切歌聲都掠過耳旁

而不留在心上。

不，不是一切

都像你說的那樣！

不是一切呼吁都沒有回響；

不是一切損失卻都無法補償；

的確不是一切損失都無法補償，工程團隊就是要解決出現(xiàn)的實際問題。

幸運的是，扒開保溫，經(jīng)過檢查，設備和加強圈內(nèi)圈均沒有出現(xiàn)裂紋。

原因可能在于外側(cè)加強圈斷裂，變形，釋放了應力，使得內(nèi)側(cè)的應力大幅度下降，所以設備還是完好無損的。

停車之后將外壓加強圈開裂部分焊好，并重新作保溫，將加強圈外露部分也做上有效的保溫。

再分析一下加強圈也蓋上保溫的溫度場，可以發(fā)現(xiàn)，加強圈溫度上升很多，從110多度上升到360度，溫度更均勻，也就意味著，約束更小。

查看應力場結果，最大點的位置沒有變化，但是最大點的應力從838.5MPa下降到106.79MPa，下降幅度非常大，遠遠小于許用應力。

業(yè)主再也不用擔心開裂了。

結果擴展一下：）

經(jīng)驗總結：

1. 本案例發(fā)生的原因是施工單位未按照工程要求施工，將外壓支撐圈裸露在外，而設備本身溫度高，造成溫差應力過大，導致加強圈破裂，延伸到筒體內(nèi)圈。

2. 為保證加強圈的加強作用，加強圈應整圈圍繞在圓筒的圓周上，而不允許任意斷開或切割，更不能形成上述的大面積裂紋。

3. 若設備運行時發(fā)現(xiàn)加強圈發(fā)生斷裂，應及時停車修補裂紋，避免給設備筒體造成不可修復的變形。

4. 對于在設計階段，高溫操作下的設備，僅考慮設備本體的強度和穩(wěn)定性是不夠的，還應考慮由溫差過大引起的熱應力所帶來的危害。特別是溫差和約束的關系一定要注意，比如高溫的鞍座和剛性環(huán)耳座之類。

5. 從設計方面來說，常規(guī)的各項計算符合規(guī)范要求，但是設備仍然可能因為結構設計的原因造成強度上的破壞。設備人員應該考慮各種失效模式，并作出對應的措施。