张同[1]2004年在《焦炭塔的安全性分析及寿命评价——焦炭塔的结构强度分析》文中进行了进一步梳理工程实际中的强度问题牵涉范围十分广泛，可归结为考虑限制结构承载能力的各种因素，包括：塑性变形引起的零件形状的显着变化、载荷超过额定值时材料的破坏和结构稳定性的丧失等。材料在高温下的应力状况更加复杂，温差应力和机械应力的耦合作用，对设备的强度造成巨大影响，分析结构在高温下的强度问题具有重要意义。 焦炭塔是石化行业延迟焦化工艺的重要设备，由于操作条件的苛刻，容易出现强度问题引起的多种失效，对它进行全面的结构强度分析具有很大的实际意义和经济价值。 为对实际操作的焦炭塔进行结构强度分析，本文着重对塔壁的热变形和热应力进行了研究。根据有限单元法理论，建立瞬态温度场分析模型，利用功能强大的有限元分析软件ANSYS对塔壁进行各主要操作阶段的温度场和热应力场分析。同时对改进的裙座结构进行计算，比较两种结构型式对设备受力的影响。分析焦炭塔在机械载荷，如内压、自重、风载和地震载荷作用下的应力情况，其中塔体的模态分析、风载的函数加载和地震载荷的时程分析是本文的创新。 分析结果表明焦炭塔塔壁的温度场存在径向和轴向温度梯度，产生的热应力在塔壁组合应力中占主要成分，采用安定性准则进行评价，得出焦炭塔满足安定性条件的结论。对裙座所受轴向压应力进行校核，可知裙座满足稳定性条件。数值计算所得结果理论合理，与实际吻合良好，从而可以为焦炭塔的事故分析及结构改进提供依据。
王许[2]2009年在《石油化工装备材质损伤与寿命评价研究》文中研究说明在石油化工装置中,材质的损伤程度决定了装置的使用寿命及装置的安全。因此对石油化工装备材质损伤与寿命评价研究对提高企业经济效益和社会效益,都具有重大的意义。本文将对减粘加热炉Cr9Mo炉管失效分析与寿命评价及延迟焦化焦炭塔14Cr1MoR的寿命评价进行研究。主要内容和结论如下:(1)对已经服役5年的Cr9Mo炉管的宏观观察,发现炉管有明显的塑性变形,从金相组织分析得,炉管组织变化不大,无微观缺陷和组织劣化;(2)从Cr9Mo炉管的机械性能分析得,Cr9Mo炉管经高温长期服役后强度性能有所下降,而仍保持较高的延性;(3)采用2种寿命预测方法对高温下长期服役的Cr9Mo炉管进行了分析:①按L—M指数法,炉管剩余寿命约为2.3×10~6h;②按持久强度失效准侧,炉管剩余寿命约为15年。通过以上分析,此炉管仍可继续使用;(4)从焦炭塔的主要失效形式及失效机理得,焦炭塔在长期的反复升温、降温过程中,裙座焊缝受到较大的轴向交变应力、热应力的作用,在焊缝表面及焊缝根部附近产生大量高温疲劳裂纹;(5)对焦炭塔裙座焊缝的数值模拟得,裙座焊缝处的等效应力远大于与它连接的塔体外壁,因此用焊缝处的疲劳寿命曲线评价焦炭塔的寿命是合理的;(6)应用高温应变疲劳表达式(N_f=A·(Δε-Δε_c)~(-2)·v~(1-k))对焦炭塔的寿命进行评价,得到延迟焦化焦炭塔14Cr1MoR的高温疲劳寿命曲线N_f=0.03884(Δε-1.5×10~(-3))~(-2),计算得到焦炭塔的剩余寿命为32.8a。
张绍良, 梁文彬, 张韶伟, 侯文富[3]2018年在《焦炭塔安全性分析研究进度与展望》文中研究表明总结了延迟焦化装置焦炭塔常见的鼓胀变形、环焊缝开裂、裙座开裂、柔性槽开裂、珠光体球化及石墨化这5种主要失效形式及原因。结合焦炭塔设计时规模的大型化、材料选择的变化、制造时设备结构的改进以及操作时工艺的优化趋势,综述了设计、制造和工艺操作对焦炭塔安全性的影响,介绍了热机械疲劳、高温低周疲劳、安定性分析、持久强度方法和基于珠光体球化的疲劳寿命计算法这5种焦炭塔安全性分析方法,讨论了各种安全性分析方法的特点和不足,并对今后焦炭塔安全性分析工作研究的重点提出了展望。
游进[4]2005年在《焦炭塔安全性评价及寿命预测》文中进行了进一步梳理焦碳塔是石化行业延迟焦化工艺的重要设备,由于长期在常温到480℃左右的周期交变温度环境和循环载荷的作用下操作,容易在焊缝部位出现裂纹,长期服役的焦炭塔还会出现鼓凸变形。焦炭塔的强度失效会造成人员伤亡和经济损失,对其进行全面的结构分析和寿命预测具有很大的实际意义和经济价值。为了准确地评价焦炭塔的剩余寿命,本文对实际操作的焦炭塔进行了结构分析,主要针对塔壁温度变化最大的进油生焦和进水冷却过程。根据有限单元法的理论,用ANSYS模拟了这两个过程中塔壁与恒速上升的介质间的动态传热过程,并根据温度场的计算结果用间接耦合法求得了热应力场。对应力场及应变场的分析表明,塔壁外侧在进水冷却阶会产生永久性的塑性变形,焊缝部位处于复杂应力状态,并由于热机械疲劳而导致裂纹产生。复杂应力状态下的热机械疲劳问题是疲劳研究中最复杂的课题之一,目前对这个复杂过程的机制还没有完整性的认识。本文以在役焦炭塔的材料20g制成的带缺口的圆柱型试样作为研究模型,对其进行热机械疲劳总寿命试验;用ANSYS计算试样在不同试验条件下的应力场及应变场,并用当量总应变范围和当量塑性应变范围对材料的热机械疲劳总寿命进行评价,利用疲劳过程的能量概念,尝试用当量塑性应变能密度建立了寿命评价方程;结合焦炭塔结构分析的结果,预测焦炭塔的剩余寿命为24年。对于材料在复杂应力状态下的热机械疲劳裂纹的扩展规律,本文探讨了用J积分对其进行评价的可行性,即直接用数值方法在有限元模型上求得试样在一个载荷循环中J积分变化范围,并以其作为控制参量建立了疲劳裂纹扩展规律经验方程,这为出现裂纹的焦炭塔的疲劳裂纹扩展寿命预测提供了依据。
蒋朝阳[5]2003年在《延迟焦化装置—焦炭塔的安全分析与寿命评估》文中指出焦炭塔是延迟焦化装置的重要设备之一。自20世纪60年代开始使用延迟焦化装置以来，已有半个世纪的历史。由于焦炭塔是延迟焦化装置的重要设备，一旦发生失效将导致严重的后果，造成人员伤亡和巨大的经济损失。而从目前的使用状况来看，多数焦炭塔已处于超期服役状态，因此为提高经济效益，防止事故发生，对焦炭塔进行安全分析和寿命评估是十分重要的。本文以锦西石化分公司延迟焦化车间的焦炭塔为研究对象，重点开展了以下工作： (1)对焦炭塔的老化程度和机械性能进行了检验，对检验得到的塔体和焊缝的金相组织及其机械性能进行了分析。 (2)在线测量了焦炭塔的实际温度分布和应力分布，弥补了国内外普遍采用有限元分析计算、忽略了材质老化和壁厚变化以及腐蚀情况影响的不足，使结果更符合实际情况，同时利用无损检验技术对充焦段的焊缝进行了焊缝裂纹的测量，从而得到了进行焦炭塔强度校核、安全分析和寿命评估的必要数据。 (3)利用实际测量数据分析了焦炭塔继续使用的安全性与可靠性。 (4)根据实测数据，对焦炭塔的热机械疲劳寿命进行了评估。 本文虽然以中国石油天然气集团股份有限公司锦西石化分公司炼油叁厂焦化车间采用的两组4台焦炭塔作为典型研究对象，但研究过程中所采用的实际在线测量焦炭塔温度与应力分布等一系列方法、以及所获得的实际真实数据对国内相关企业正在运行的同类设备具有重要的参考价值。 本项目所进行并完成的工作、以及所获得的各项结论，不仅为锦西石化分公司延迟焦化车间焦炭塔的使用和维护提供了重要依据，而且对提高相关企业的生产管理水平，保证企业的安全可靠生产，也具有十分重要的借鉴意义和现实指导意义。
刘宝[6]2013年在《焦炭塔剩余寿命及安全性评估》文中指出焦化装置的核心设备焦炭塔是焦化装置的反应容器，操作条件十分恶劣。近几年，国内焦化总加工能力快速提高，新建和扩建的延迟焦化装置逐年增多，焦炭塔数量逐年增多，也逐步趋于大型化。按照焦化装置的工艺要求，焦炭塔的操作条件非常苛刻。在24小时生焦周期的条件下，每48小时在490℃的操作温度与常温之间循环变化。焦炭塔在循环温变及循环载荷作用下，失效可能性大，设备寿命缩短。而焦炭塔的失效将给企业带来巨大的经济损失甚至人员伤亡。因此，需要对炼油厂延迟焦化装置的焦炭塔的安全性及使用寿命进行研究分析，对设备运行状态预知掌控，做到规避风险，保证设备安全、可靠运行。本文针对大庆石化公司炼油厂的4＃焦炭塔为研究对象，进行了如下研究：（1）调查国内和国外焦炭塔的研究现状；（2）焦炭塔的现场无损检测；（3）焦炭塔的圆筒、上下封头的壁厚及应力校核（4）对焦炭塔的温度分布进行了研究，并进行了弹性和塑性应力计算；（5）用试验法对焦炭塔剩余寿命进行了评估。本文虽只对大庆石化公司的4＃焦炭塔进行了研究，但针对焦炭塔的强度校核、应力分析和寿命评估的方法，以及通过实验获得的真实数据对正在运行的同类焦炭塔具有很高的参考价值。本文所做的各项工作以及获得的结论，不仅能指导该焦炭塔的设备维修，延长设备使用寿命，对保证装置安全生产，设备更新及技术改造也有很重要的指导意义。
朱街禄[7]2006年在《焦炭塔塔体材料的持久强度研究与剩余寿命评估》文中进行了进一步梳理焦炭塔是延迟焦化装置中的关键设备之一，由于操作条件苛刻，使焦炭塔受到循环往复的热应力和内压的作用。焦炭塔极易产生塔体变形及焊缝开裂，焦炭塔一旦发生失效将导致严重的后果，造成人员伤亡和巨大的经济损失。本论文系统的研究了焦炭塔塔体材料的持久强度并将持久强度应用到焦炭塔的剩余寿命评估中，具有重要的理论意义与实际工程意义。 本文首先回顾了国内外学者在焦炭塔变形机理和剩余寿命预测所做过的主要工作，然后系统的分析了焦炭塔在各个生产工序中的应力。提出了利用Larson-Miller方程预测焦炭塔寿命的新方法，并按照蠕变理论推导出了Larson-Miller方程，分析了Larson-Miller参数的本质，得出了其参数的重要特性。考虑到焦炭塔塔体材料选用的发展趋势，讨论了不同Larson-Miller参数值对Cr5Mo材料剩余寿命的影响，得出对Cr-Mo材料而言，其Larson-Miller参数取值的结论。按照现代扩散理论，推导了Larson-Miller方程式，并在此基础上讨论了其参数的特性。得出了Larson-Miller参数式具体运用的新方案。论文的第二部分提出了利用神经网络对焦炭塔剩余寿命进行预测的方案。全文讨论了对焦炭塔剩余寿命的影响因素，也给出了具体算例。
张义飞[8]2010年在《焦炭塔运行数值模拟分析》文中进行了进一步梳理石油化学工业是我国国民经济持续稳定发展的重要支柱型产业。我国石化行业占工业经济总量的20%。“十五”期间及今后10年,我国石化行业还将迅速发展,炼油能力将翻一番。与此同时,随着行业的高速发展,石化行业装置的操作条件朝着高温、高压的方向发展。石化设备,如焦炭塔、加氢反应器、催化反应器、氢气压缩机等,长期处于高温高压或腐蚀的工作环境,在操作过程中由于压力波动、温度变化、频繁间歇操作及开停工等都会造成设备的疲劳破坏,这些设备一旦发生破坏,不仅造成巨大的经济损失,而且往往造成灾难性的后果。焦炭塔是石油炼厂延迟焦化装置中的重要设备之一,目前广泛应用于各石化企业,承担着渣油的处理任务。近年来全国在役焦炭塔在运行中已发现诸如塔体鼓凸变形以及裙座角焊缝、塔体环焊缝和堵焦阀接管部位出现裂纹等问题,特别是裙座焊缝开裂现象尤为严重,周期性的热胀冷缩使裂纹扩展,因此裂纹开裂和塔节的鼓凸变形是焦炭塔破坏的主要形式。焦炭塔的安全与否直接关系到整个装置的正常运行及安全。为了准确的分析焦炭塔的运行情况,本文对焦炭塔的实际操作各种情况进行了数值模拟分析。根据有限元原理,用ANSYS分析软件对焦炭塔的预热、进油、蒸汽冷却、水冷四种工况进行分析。对焦炭塔的塔壁与塔内介质间的热交换进行瞬态模拟。根据计算出的塔壁与塔内介质的温度场进行温度场及应力场的耦合分析计算。得出焦炭塔塔壁的应力计算结果。目前,国内对焦炭塔的温度场及应力场分析主要停留在二维上。本文创新性的对焦炭塔的温度场及应力场进行叁维分析。在温度场及应力场分析上采用瞬态数值模拟,瞬态模拟过程中显示出各时间段上焦炭塔塔壁及塔内介质的温度场变化情况及应力场变化情况。准确地反映出焦炭塔各时间段上的实际受力情况。计算分析结果表明：焦炭塔在预热、进油、蒸汽冷却、水冷四个阶段中,进水冷却阶段塔壁会产生最大应力,并在塔体底部筒节中间处产生永久性的塑性变形(鼓凸),焊缝部位特别是裙座焊缝部位存在较高的应力集中,这是焊缝开裂的主要原因。
尹华卿[9]2016年在《延迟焦化焦炭塔喷雾冷焦工艺流固耦合研究》文中认为本文以延迟焦化为背景,焦炭塔研究对象,借助ANSYS-WORKBENCH平台建立二维轴对称焦炭塔流固耦合模型,对延迟焦化大吹气阶段两种不同冷焦工艺过程进行了数值模拟。首先,计算得出了传统纯蒸汽冷焦工艺下焦炭塔温度分布并进行现场数据验证,预测了喷雾冷焦工艺下焦炭塔瞬态温度分布,分析了液态水含量对冷焦效果的影响及其规律,定量评价其经济性；再次,建立焦炭塔叁维模型,对喷雾冷焦工艺下焦炭塔结构应力情况进行了分析研究,得出了焦炭塔应力随喷雾冷焦工艺参数的变化规律；最终,借助分析设计标准JB4732对喷雾冷焦工艺中焦炭塔的应力进行了评定与校核。综合考虑喷雾冷焦工艺对焦炭塔冷却效果的改善情况和设备安全性的考虑给出了喷雾冷焦工艺的最优液态水质量分数。研究表明：喷雾冷焦工艺流量一定时,冷焦效果随液态水含量的提高先显着改善后趋于稳定再受到抑制,当液态水质量分数为0.8时,冷焦效果达到最优；压力为0.4MPa,喷雾流量7.5 t/h时,液态水质量分数分别为0.4-0.9时,相对传统工艺可节约36%一84%的蒸汽消耗；焦炭塔应力水平随液态水含量的提高而增大；最优液态水质量分数为0.7；较传统工艺节约31.4%的成本。
张海洪, 伍耐明, 李佳威[10]2017年在《焦炭塔运行过程热应力有限元分析》文中研究指明焦炭塔作为延迟焦化装置的关键设备,在其运行过程中承受着巨大的周期交变温度和循环载荷。研究焦炭塔不同部位应力及同一部位不同时刻应力对焦炭塔安全运行具有重要意义。本研究运用热-结构耦合有限元计算方法,以热分析结果、焦炭塔自重、操作内压、水压等作为载荷对焦炭塔进行了结构场数值计算。研究结果表明:温度梯度所产生的热应力远大于介质重量、自重所产生应力对焦炭塔安全的影响;过渡段热应力变化最复杂,热应力最大;除油气预热阶段外,都有焦炭塔应力最值超过塔体材料的屈服极限从而导致塑性应变的情况;蒸汽冷焦阶段塔体应力变化量最小,给水冷焦阶段对塔体安全运行影响最大。
参考文献：
[1]. 焦炭塔的安全性分析及寿命评价——焦炭塔的结构强度分析[D]. 张同. 大连理工大学. 2004
[2]. 石油化工装备材质损伤与寿命评价研究[D]. 王许. 西安石油大学. 2009
[3]. 焦炭塔安全性分析研究进度与展望[J]. 张绍良, 梁文彬, 张韶伟, 侯文富. 石油化工设备. 2018
[4]. 焦炭塔安全性评价及寿命预测[D]. 游进. 大连理工大学. 2005
[5]. 延迟焦化装置—焦炭塔的安全分析与寿命评估[D]. 蒋朝阳. 大连理工大学. 2003
[6]. 焦炭塔剩余寿命及安全性评估[D]. 刘宝. 东北石油大学. 2013
[7]. 焦炭塔塔体材料的持久强度研究与剩余寿命评估[D]. 朱街禄. 暨南大学. 2006
[8]. 焦炭塔运行数值模拟分析[D]. 张义飞. 大连理工大学. 2010
[9]. 延迟焦化焦炭塔喷雾冷焦工艺流固耦合研究[D]. 尹华卿. 华东理工大学. 2016
[10]. 焦炭塔运行过程热应力有限元分析[J]. 张海洪, 伍耐明, 李佳威. 天然气化工(C1化学与化工). 2017
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