谢庄元，苏 辉，陈惠民，马文涛

（辽宁石油化工大学， 抚顺 辽宁 113001）

失效20G高压炉管热应力数值模拟

谢庄元，苏 辉，陈惠民，马文涛

（辽宁石油化工大学， 抚顺 辽宁 113001）

炉管是注汽锅炉重要的换热元件，它的安全运行意义重大。由于炉膛内温度分布不均匀，当瞬时温差较大时炉管局部会产生较大热应力。本文从热应力的角度对高压锅炉管爆管原因进行分析。通过Ansys建立20G炉管裂纹模型，对50 ~ 350 ℃不同温差产生的热应力进行模拟。通过分析得出：热应力会加剧材料局部损伤，并且是导致爆管的重要因素。

热应力； 爆管； 数值模拟； Ansys

注汽锅炉是油田热采的重要设备，它安全稳定运行意义重大。某油田8个月内连续3次发生爆管事故，炉管的爆炸不仅会对油田的安全生产带来隐患，并且会造成巨大的经济损失。该炉管材质是20G，根据GB713-2008锅炉和压力容器用钢板20G改成Q245R，20G高压锅炉管主要用来制造高压和超高压锅炉的过热器管、再热器管、主蒸汽管等［1］。

韦丽娃，苏辉等人在寻找采油注汽锅炉爆管的原因时，对金相显微组织进行分析。通过分析发现：珠光体严重球化，炉管曾在500 ℃以上温度使用；根据铁素体晶粒大小不均匀程度推出炉管曾在730~850 ℃之间工作［2］。谭莹等提出长期过热会导致锅炉管胀粗，局部减薄，最终形成裂纹，炉管安全余量不足是导致爆管的重要原因［3］。此台锅炉炉管额定管壁温度为350 ℃，内外壁最大温差将近500 ℃。由于内外壁较大温差的存在，势必会导致炉管收缩不均与，从而产生较大热应力，尤其是当炉管产生微裂纹后热应力会更大。……