焦炭塔溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分析及裙座優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、延遲焦化是石油裂化的一種方法。其主要目的是將高殘?zhí)嫉臍堄娃D(zhuǎn)化為輕質(zhì)油并獲得石油焦。焦炭塔是延遲焦化裝置中的核心設(shè)備之一，其操作條件十分苛刻，操作溫度高，溫度變化范圍大，急劇升溫和降溫交替頻繁，普遍存在著塔體鼓脹變形以及裙座角焊縫、塔體環(huán)焊縫和堵焦閥接管部位出現(xiàn)裂紋等問(wèn)題，嚴(yán)重危害到焦炭塔的安全運(yùn)行、生產(chǎn)效率和使用壽命。
　　 焦炭塔的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分析是研究焦炭塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及失效機(jī)理的基礎(chǔ)工作。本文通過(guò)溫度和應(yīng)力測(cè)量以及有限元

2、分析方法，對(duì)焦炭塔的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析，并對(duì)焦炭塔的裙座進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要工作和結(jié)論如下：
　　 (1)利用AWH-8-7A-2-11.0型高溫應(yīng)變計(jì)，跟隨焦炭塔預(yù)熱、生焦、冷卻、除焦全過(guò)程，連續(xù)測(cè)量五個(gè)操作周期內(nèi)焦炭塔錐段附近筒體和裙座部位上的三個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值，并計(jì)算了測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力。利用ANSYS軟件，求解焦炭塔在進(jìn)油和進(jìn)水階段內(nèi)部溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，并對(duì)特征點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行分析。
　　 (2)從最大應(yīng)力出現(xiàn)的特征點(diǎn)位置、各

3、測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)最大應(yīng)力的時(shí)間方面對(duì)測(cè)量值和有限元計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。在最大應(yīng)力出現(xiàn)的特征點(diǎn)位置、各特征點(diǎn)出現(xiàn)最大應(yīng)力的時(shí)間兩者上吻合的較好，表明建立的有限元計(jì)算模型是比較合理的。
　　 (3)測(cè)量和有限元計(jì)算的結(jié)果均表明進(jìn)水階段考察的特征點(diǎn)的應(yīng)力要大于進(jìn)油階段的應(yīng)力。進(jìn)水階段是焦炭塔操作過(guò)程的危險(xiǎn)階段。因此可在工藝上采取以下措施防止焦炭塔的失效：降低進(jìn)水前塔內(nèi)溫度、提高冷卻水的溫度。
　　 (4)在升溫或者降溫的過(guò)程中，塔壁

4、的軸向應(yīng)力都要經(jīng)歷一次拉應(yīng)力到壓應(yīng)力(或者壓應(yīng)力到拉應(yīng)力)的變化，且塔壁的軸向應(yīng)力一般要大于塔壁的環(huán)向應(yīng)力。因此，經(jīng)過(guò)反復(fù)的循環(huán)加載，焊縫會(huì)因疲勞產(chǎn)生環(huán)向裂紋。
　　 (5)利用正交試驗(yàn)的方法，研究了柔性槽上孔上邊緣到裙座角焊縫的距離D、槽長(zhǎng)L、槽寬W、槽沿裙座一周均布的數(shù)量N等四個(gè)參數(shù)對(duì)柔性槽上孔及裙座角焊縫處的應(yīng)力的影響，選取柔性槽參數(shù)的最優(yōu)組合方案；并將優(yōu)化后的模型與按照柔性槽實(shí)際尺寸建立的模型的計(jì)算應(yīng)力做比較，說(shuō)明優(yōu)化效

5、果。
　　 (6)在裙座上開(kāi)設(shè)柔性槽的確能降低裙座角焊縫處應(yīng)力，但在槽上孔頂點(diǎn)處存在很大的應(yīng)力集中，塔內(nèi)的最危險(xiǎn)點(diǎn)由裙座角焊縫處轉(zhuǎn)移到槽上孔頂點(diǎn)處。槽上孔上邊緣到裙座角焊縫的距離D對(duì)柔性槽上孔頂點(diǎn)處和裙座角焊縫處應(yīng)力的影響最大。如果柔性槽參數(shù)選擇的不合理(尤其D的取值較小時(shí))，槽上孔頂點(diǎn)處的最大應(yīng)力甚至超過(guò)不開(kāi)槽時(shí)裙座角焊縫處的最大應(yīng)力，對(duì)塔的安全運(yùn)行反而不利。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，與實(shí)際焦炭塔的計(jì)算模型相比，特征點(diǎn)的最大Mises等效應(yīng)