焦碳塔裙座柔性結(jié)構(gòu)部位對(duì)接焊縫強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核

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1、焦碳塔裙座柔性結(jié)構(gòu)部位對(duì)接焊縫強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司機(jī)動(dòng)處梁利君摘要：焦碳塔因熱疲勞作用，其底封頭與裙座的對(duì)接焊縫經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行通常會(huì)出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，經(jīng)調(diào)查，新型設(shè)計(jì)中已有企業(yè)開(kāi)始考慮采用多缺口裙座柔性結(jié)構(gòu)形式，但鑒于新設(shè)計(jì)未見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本文特別在指出高溫設(shè)備裙座設(shè)計(jì)驗(yàn)算式如按JB4710-92設(shè)計(jì)則需進(jìn)行修正觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，來(lái)提出焦碳塔多缺口裙座柔性結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核修正公式，并通過(guò)舉例驗(yàn)算，討論性提出預(yù)防焦碳塔裙座開(kāi)裂的思路。關(guān)鍵詞：焦碳塔裙座柔性結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫強(qiáng)度穩(wěn)定性校核防開(kāi)裂思路1引言焦碳塔是煉油延遲焦化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，由于操作工藝的要求，通常焦碳

2、塔一個(gè)生產(chǎn)周期（約48小時(shí)）需經(jīng)歷高溫到常溫的熱循環(huán)過(guò)程。因熱疲勞的作用，焦碳塔經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行普遍會(huì)出現(xiàn)如塔體鼓凸變形、裙座與筒體焊縫產(chǎn)生裂紋等問(wèn)題。如何預(yù)防裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展，往往是企業(yè)和科研單位熱門(mén)研究問(wèn)題之一，近來(lái)人們通過(guò)對(duì)焦碳塔熱損傷問(wèn)題的處置，已把目光轉(zhuǎn)向柔性裙座結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)設(shè)計(jì)中已有企業(yè)開(kāi)始考慮采用多缺口裙座柔性結(jié)構(gòu)。因改進(jìn)型設(shè)計(jì)鑒于未見(jiàn)有關(guān)規(guī)定，作者通過(guò)對(duì)問(wèn)題的觀察、分析與計(jì)算，特在本文里指出高溫設(shè)備裙座設(shè)計(jì)驗(yàn)算式需修正的觀點(diǎn)，并提出了焦碳塔多缺口裙座柔性結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核修正公式，最后通過(guò)舉例驗(yàn)算，提出如何預(yù)防焦碳塔裙座開(kāi)裂的思路。2焦碳塔裙座柔性結(jié)構(gòu)

3、的基本形式2.1常見(jiàn)設(shè)計(jì)中裙座形式與問(wèn)題焦碳塔直徑通常較大，以80×104噸/年延遲焦化裝置為例，其直徑通常達(dá)到Φ6000以上，其封頭有時(shí)采用如圖一所示的數(shù)塊瓣片拼焊而成。在通常情況下，拼焊而成的封頭充作焦碳塔類(lèi)設(shè)備底封頭時(shí)，為避免封頭與裙座對(duì)接的焊縫與封頭上各徑向焊縫相交形成“丁”字焊縫，按JB4710-92第5.4條規(guī)定：塔殼下封頭由多塊板拼接制成時(shí)，拼接焊縫處的裙座殼應(yīng)開(kāi)缺口（缺口型式及尺寸參見(jiàn)圖二和表1）。圖二這樣的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際表明，盡管焊縫“丁”字口開(kāi)有缺口，但其結(jié)果無(wú)論是對(duì)筒體約束情況的改善，還是預(yù)防裙座焊縫裂紋，所起到的效果并不十分明顯。2.2新型柔性結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)設(shè)計(jì)采用的

4、裙座柔性結(jié)構(gòu)的基本形式如圖三，即在裙座數(shù)塊瓣片拼焊處原有開(kāi)口的基礎(chǔ)上，改進(jìn)開(kāi)口形式與增加開(kāi)口數(shù)量，并在兩個(gè)開(kāi)口間新加兩條窄型長(zhǎng)條槽口。新型裙座柔性結(jié)構(gòu)開(kāi)槽口后增加了變形能力，見(jiàn)圖四，其思路是通過(guò)裙座變形的增加（變形部分曲率半徑由ρ到ρˊ，約束點(diǎn)下移）來(lái)減少焊縫對(duì)裙座的約束應(yīng)力，具體效果有待計(jì)算分析與實(shí)踐驗(yàn)證。圖一表1裙座與封頭焊縫處開(kāi)缺口尺寸mm封頭厚度δn20~2628~32寬度W120140缺口半徑R6070WR圖二封頭與裙座焊封處開(kāi)槽形式hxxyyW/2LHK’00圖三裙座柔性結(jié)構(gòu)圖圖四3關(guān)于常見(jiàn)塔裙座設(shè)計(jì)中有關(guān)對(duì)接焊縫應(yīng)力及穩(wěn)定性校核公式3．1對(duì)接焊縫拉應(yīng)力校核公式常見(jiàn)塔的裙座與

5、封頭對(duì)接焊縫橫截面形狀為如圖五所示的環(huán)，該環(huán)內(nèi)直徑即裙座頂截面的內(nèi)直徑Dit，其外直徑即裙座頂截面的外直徑Dot，環(huán)寬即裙座殼設(shè)定的有效厚度δes。顯然，此環(huán)對(duì)任一對(duì)稱(chēng)軸的慣性矩J為J=π(DOt4_Dit4)/64（1）進(jìn)而，有J=π(DOt2+Dit2)(DOt+Dit)(DOt-Dit)/64（1）’由于Dot-Dit=2δes又δes＜＜Dit圖五故式（1）’可簡(jiǎn)化為J＝πDOt3δes/8（2）又令Mmax表示對(duì)接焊縫處的最大彎矩，則其引起的最大拉應(yīng)力為Mmax*Dit/24Mmaxσ拉==(3）JπDit2δes進(jìn)一步地，πDitδes可近似表為環(huán)面積Ax-x，又mx-xog

6、-Fx-xV為自重與地震彎矩載荷作用于環(huán)截面上的壓力，于是，最終作用于環(huán)截面上的最大拉應(yīng)力為4MmaxmogFv（4）πDit2δesπDitδes其中4MmaxmogFv為彎矩引起的軸向應(yīng)力,為操作時(shí)重力及地震力引起的πDit2δesπDitδes軸向力,FV僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。按JB4710-92，裙座對(duì)接焊縫強(qiáng)度按最大拉應(yīng)力計(jì)算，從而我們可得到對(duì)接焊縫截面處的拉應(yīng)力校核式為：4Mmaxmog-Fv≤0.6K[σ]t(5)πDit2δesπDitδes此式亦即JB4710-92中（6-86）式。3．2裙座對(duì)接焊縫部位穩(wěn)定性校核公式同樣，根據(jù)3.1節(jié)分析，按JB4

7、710-92，裙座穩(wěn)定性可按壓應(yīng)力進(jìn)行校核，校核公式為JB4710-92中（6-56）和（6-57），如按圖五結(jié)構(gòu)可得到校核公式為：Mmax*Dit/2mogFvKB+≤(6)JAK[σ]t0.3Mmax*Dit/2mmaxgFvKB+≤（7）JA0.9Kσs式(6)為操作狀態(tài)下應(yīng)力校核算式，式（7）為水壓試驗(yàn)時(shí)（立試）引起的軸向應(yīng)力校核算式。4焦碳塔裙座柔性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核計(jì)算式的修正從前面（5）、（6）、（7）校核計(jì)算式可以