裂解氣管道應(yīng)力分析

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1、酩管渡米P石油化工設(shè)計(jì)etrochemicalDesign裂解氣管道應(yīng)力分析孫鵬波(中國石化工程建設(shè)公司，北京100101)摘要：結(jié)合工程實(shí)例運(yùn)用有限元分析手段，通過對(duì)支架設(shè)置、管線走向的優(yōu)化對(duì)裂解氣管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，并對(duì)裂解氣大閥法蘭面受力進(jìn)行對(duì)比分析。提出了設(shè)計(jì)中需要注意的問題，為今后此類管線柔性設(shè)計(jì)問題的進(jìn)一步優(yōu)化積累經(jīng)驗(yàn)并提供借鑒。關(guān)鍵詞：裂解氣大閥；柔性設(shè)計(jì)；允許受力；熱應(yīng)力隨著乙烯裝置大型化的發(fā)展，裂解爐數(shù)量和單臺(tái)產(chǎn)量不斷增加，裂解氣管線的管徑越來越大，管道整體剛度隨之加大。特別是對(duì)于采用后急冷工藝的裂解爐系統(tǒng)，管線操作溫度

2、最高可達(dá)525一℃，且工況組合復(fù)雜，管道熱應(yīng)力問題越來越突出，甚至成為裝置大型化的設(shè)計(jì)瓶頸。另外，裂解氣管道管徑的增大還導(dǎo)致裂解氣大閥隨之增大，圖1裂解氣管線及清焦管線整體管系模型體積龐大的大閥不但給管道布置提出更多的要求，其巨大的重量和剛度，也使裂解氣管道的柔性2應(yīng)力計(jì)算與分析設(shè)計(jì)變得更加困難。因此，為了保證裝置運(yùn)行階利用管道應(yīng)力計(jì)算軟件CAESARII5．0對(duì)裂段裂解氣大閥的順利操作，在設(shè)計(jì)階段就要盡可解氣管線進(jìn)行計(jì)算，要求管道在操作溫度和設(shè)計(jì)能的增加裂解氣管線的柔性，減少熱應(yīng)力的不利溫度下的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均應(yīng)滿足許用要影響，降

3、低設(shè)備管口和裂解氣大閥法蘭面的載荷。求；操作溫度下管道對(duì)設(shè)備管口的作用力在許用本文結(jié)合SECCO乙烯擴(kuò)能改造項(xiàng)目，通過支架設(shè)范圍內(nèi)；裂解氣大閥的法蘭面受力在制造廠家的置、管線走向的優(yōu)化，對(duì)裂解氣管線系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力許用范圍內(nèi)。分析。2．1計(jì)算參數(shù)和工況計(jì)算參數(shù)：(1)管徑：急冷鍋爐管口為12”管1基本情況線，爐子每側(cè)6臺(tái)急冷鍋爐的出口管線合并為30”本次改造新增兩臺(tái)液體原料裂解爐，布置在的總管，每臺(tái)爐子兩側(cè)的兩根30”管線合并為42”原9號(hào)裂解爐北側(cè)，為雙輻射段單對(duì)流段爐型，單總管，在經(jīng)過裂解氣大閥后，兩臺(tái)爐子的裂解氣管臺(tái)公稱生產(chǎn)能力約為1

4、20kt／a。每個(gè)爐膛中有6線匯合形成60”裂解氣總管，在經(jīng)過急冷器后擴(kuò)徑大組爐管，12臺(tái)急冷鍋爐(TLE)分兩側(cè)布置在輻為78”進(jìn)入油塔；返爐膛清焦管線管徑為3O”。射段上方，裂解爐為全部底燒設(shè)置，裂解氣大閥布(2)材質(zhì)：裂解氣管線采用A335P11進(jìn)口材料。置在爐前區(qū)管廊。兩臺(tái)液體爐生產(chǎn)的裂解氣在經(jīng)過裂解氣大閥后匯集成裂解氣總管，通過急冷器收稿日期：2010—01—08。作者簡(jiǎn)介：孫鵬波，男，山東鄒城人，2003年畢業(yè)于石冷卻后進(jìn)人汽油分餾塔。由于本裝置是擴(kuò)能改油大學(xué)(北京)工程力學(xué)專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師，現(xiàn)從造，位于原有裝置的北側(cè)

5、，新增ll—H一1100N爐事管道設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話：010—84878566；E—距離急冷油塔中心距離約為80m，見圖1。mail：sunpb@sei．corn．cn第27卷孫鵬波．裂解氣管道應(yīng)力分析‘47·(3)溫度：該系統(tǒng)有兩臺(tái)裂解爐，正常運(yùn)行溫度為兩側(cè)的支撐載荷也不能準(zhǔn)確模擬與計(jì)算。380～525℃之問，這里按設(shè)計(jì)溫度525℃來考慮，裂解氣大閥的自身體型龐大，質(zhì)量較大，而且清焦溫度為485℃，操作工況可以分為5種，見表施工過程中要求無應(yīng)力安裝，因此較好的支撐方1。(4)閥體資料：裂解氣大閥與清焦小閥和機(jī)械案是在距離法蘭面lxDN

6、處設(shè)置彈簧支架或可調(diào)連桿總重為16．8t，清焦閥重3．9t，清焦氣返爐膛支架(見圖4)，以方便對(duì)法蘭面進(jìn)行無應(yīng)力配管焚燒，閥體結(jié)構(gòu)見圖2。時(shí)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。表1管系的操作工況組合閥體、圖4裂解氣大閥閥F彈簧支架油塔距離兩臺(tái)爐子較遠(yuǎn)，約80m，而且管線溫度高達(dá)525oC，油塔為一固定端，必然使大閥形成較大的位移，閥體較重，較大的位移必然對(duì)法蘭面圖2裂解氣大閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意或設(shè)備口造成很大的力矩，使設(shè)備管口和裂解氣大閥的受力大于許用受力，因此最好的解決辦法2．2柔性分析和管線建模為在裂解氣總管上增加兀型補(bǔ)償來減少熱膨脹對(duì)由于清焦系統(tǒng)與裂解氣

7、系統(tǒng)相連接，且管徑設(shè)備和大閥的影響，并在A、B處設(shè)置軸向限位架一較大(30”)，所以應(yīng)該將裂解氣系統(tǒng)和清焦系統(tǒng)的(見圖5)，使位移集中在A、B之間，限制兩臺(tái)裂解所有管線都進(jìn)行整體考慮計(jì)算，尤其對(duì)于在工況氣大閥的熱位移，同時(shí)減少熱膨脹對(duì)大閥法蘭面3、工況5，裂解氣管線和清焦管線溫差較大，對(duì)管和設(shè)備管口造成的力矩。線應(yīng)力造成比較大的影響。裂解氣閥體支撐的模擬要考慮到清焦小閥對(duì)裂解氣大閥法蘭面的影響，大閥和清焦小閥利用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接在一起，如果模擬不準(zhǔn)確，把兩個(gè)閥圖5裂解氣總管軸向限位架的設(shè)置的重量當(dāng)作一個(gè)整體來考慮的話，會(huì)遺漏掉小閥管線溫度高

8、，兩側(cè)的TLE問距約21m，考慮的自重對(duì)裂解氣大閥法蘭面形成的力矩，如圖3到兩側(cè)TLE的管口受力，避免出現(xiàn)管口受力過大所示，由于偏心的存在，清焦小閥對(duì)裂解氣大閥本造成泄漏的情況，除了增加各支線的柔性外，還需