焦炭塔溫度場、應(yīng)力場分析及裙座優(yōu)化設(shè)計.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)裂紋等問題，嚴重危害到焦炭塔的安全運行、生產(chǎn)效率和使用壽命。
　　 焦炭塔的溫度場和應(yīng)力場的分析是研究焦炭塔結(jié)構(gòu)強度以及失效機理的基礎(chǔ)工作。本文通過溫度和應(yīng)力測量以及有限元

2、分析方法，對焦炭塔的溫度場和應(yīng)力場進行分析，并對焦炭塔的裙座進行優(yōu)化設(shè)計，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，跟隨焦炭塔預熱、生焦、冷卻、除焦全過程，連續(xù)測量五個操作周期內(nèi)焦炭塔錐段附近筒體和裙座部位上的三個測點的應(yīng)變值，并計算了測點的應(yīng)力。利用ANSYS軟件，求解焦炭塔在進油和進水階段內(nèi)部溫度場和應(yīng)力場，并對特征點的應(yīng)力進行分析。
　　 (2)從最大應(yīng)力出現(xiàn)的特征點位置、各

3、測點出現(xiàn)最大應(yīng)力的時間方面對測量值和有限元計算的結(jié)果進行了對比。在最大應(yīng)力出現(xiàn)的特征點位置、各特征點出現(xiàn)最大應(yīng)力的時間兩者上吻合的較好，表明建立的有限元計算模型是比較合理的。
　　 (3)測量和有限元計算的結(jié)果均表明進水階段考察的特征點的應(yīng)力要大于進油階段的應(yīng)力。進水階段是焦炭塔操作過程的危險階段。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)過反復的循環(huán)加載，焊縫會因疲勞產(chǎn)生環(huán)向裂紋。
　　 (5)利用正交試驗的方法，研究了柔性槽上孔上邊緣到裙座角焊縫的距離D、槽長L、槽寬W、槽沿裙座一周均布的數(shù)量N等四個參數(shù)對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際尺寸建立的模型的計算應(yīng)力做比較，說明優(yōu)化效

5、果。
　　 (6)在裙座上開設(shè)柔性槽的確能降低裙座角焊縫處應(yīng)力，但在槽上孔頂點處存在很大的應(yīng)力集中，塔內(nèi)的最危險點由裙座角焊縫處轉(zhuǎn)移到槽上孔頂點處。槽上孔上邊緣到裙座角焊縫的距離D對柔性槽上孔頂點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)，槽上孔頂點處的最大應(yīng)力甚至超過不開槽時裙座角焊縫處的最大應(yīng)力，對塔的安全運行反而不利。經(jīng)過優(yōu)化后，與實際焦炭塔的計算模型相比，特征點的最大Mises等效應(yīng)