焦炭塔鼓凸变形应力测试与分析

焦炭塔长期在高温及充焦、除焦的冷热疲劳作用下运行,常出现塔体局部严重变形和母材焊缝开裂问题。针对这一现象,对某厂焦化车间三号焦炭塔采用塔体表面贴应变片的方法,通过对其一个工作循环周期(48 h)进行塔体表面应变和温度测量并计算塔体应力,对整个焦炭塔的应力状况进行考察。结果表明,冷焦过程中液面逐渐上升,液面与塔壁相交圆周处的应力发生迅速的升高与回落,由此产生的温差应力是导致塔体残余应力和鼓凸变形的主要原因。同时,焊缝处较高的强度造成焊缝处变形较小而筒节中央变形较大,使焊缝热影响区应力较高也是塔体发生鼓凸变形的原因。此结论可为焦炭塔的设计、加工以及寻求解决鼓凸变形问题的方法与对策提供可靠的理论依据,对焦炭塔的操作也有一定的指导意义。     

焦炭塔运行过程热应力有限元分析

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。     

基于三维数值模拟的焦炭塔塔体失效研究

建立了结构上完整的焦炭塔三维有限元分析模型,考虑了塔内焦炭对塔体受力的影响以及内压边界随时间变化等因素,对焦炭塔整个工作过程进行瞬态温度-结构耦合分析,模拟应力、应变场,并与塔体失效的实际检测结果进行对比分析。采用间接耦合方法进行焦炭塔结构分析,选用Solid 45单元。分析结果表明,周期变化的温差应力是焦炭塔产生高应力的根本原因,尤其是水冷阶段焦炭塔温度迅速降低,产生了较高的热应力;焦炭塔1个工作周期内,下部筒体环焊缝和裙座搭接焊缝等开裂部位承受着大幅值的循环热应力作用。     

延迟焦化装置焦炭塔顶油气线的管道设计

在延迟焦化装置中,焦炭塔顶油气管线是典型的多工况复杂管道系统,其特点是管径大、温度高且操作温度和操作介质变化频繁,焦炭塔顶油气管线布置的优劣直接影响到焦炭塔管嘴的受力和泄露问题。结合设计及装置现场运行的实际情况,从设备平面布置、管道布置、管道选材和应力及振动等方面对大型焦化装置的焦炭塔顶油气管线进行了全面分析,并对管线布置改进前后两种方案的管系二次应力、设备管嘴受力及管系稳定性三个方面进行了分析比较。改进后的方案在没有明显增加管线长度的基础上,大大降低了管道的二次应力及焦炭塔管嘴的受力并且增加了管系的稳定性。改进后方案的二次应力与许用应力值的百分比从传统方案的84.7%降低到17.5%。在进行管系柔性设计时,高温及复杂工况都会对管系柔性设计产生重大影响。提出了焦炭塔顶油气管道设计中需要注意的一些问题。     

焦炭塔裙座局部更新

采用应力计算法分析优化塔裙连接结构及柔性槽尺寸,改进了焦炭塔塔裙连接结构设计。采用 局部更换裙座的现场施工方法,解决了在役焦炭塔塔裙连接部位的疲劳裂纹问题,延长了焦炭塔的使用寿 命,使安全生产得到了有效保证。     

焦炭塔安全评定的研究

对已使用14年、目前已经发生腰鼓变形的焦炭塔的筒体材质作金相检验,发现其珠光体球化达到4级,材质老化程度较大;作硬度、厚度、应力和温度测试,进行应力、最大允许操作压力的校核,得出焦炭塔在厚度和强度方面是安全的。对焦炭塔的剩余寿命评估,做了一些基础性的研究工作,以期提高焦炭塔的使用寿命,为企业如何提高经济效益提出一些建议。     

焦炭塔安全评定研究

对已使用14年,目前发生腰鼓变形的焦炭塔的筒体材质进行了金相检验,发现其珠光体球化达到4级,材质老化程度较大;进行了硬度、厚度、应力、温度测试和应力、最大允许操作压力的校核,确认焦炭塔在厚度和强度方面是安全的,最后判定此焦炭塔的安全等级可以评定为4级,并建议要严格控制焦炭塔的实际使用温度,定期进行现场金相检验,掌握筒体组织珠光体球化的程度,以保证设备的安全运行。     

延迟焦化装置焦炭塔焦化炉的平面布置及配管设计

介绍了中国石化扬子石油化工股份有限公司 1.6Mt/a延迟焦化装置焦炭塔、焦化炉的平面布置和配管设计的特点 ,如 :焦化炉与焦炭塔之间的副管桥取消 ,缩短焦化炉转油管道的长度 ,减小压力降 ;甩油罐布置在焦炭塔底部 ;焦化炉转油管道的设计 ,管系布置与应力分析交替进行 ,在焦化炉各路出口汇合处采用顺介质流向 45°斜接的方式 ;四通阀管道设计时 ,综合各种因素 ,使塔嘴子处的应力值在安全范围内 ;在“在线烧焦”管道设计中 ,采用了弯头转角度连接的方法等     

榆树林油田扶余油层重复压裂裂缝转向研究

确定裂缝是否转向及其主要影响因素是目前榆树林油田重复压裂问题之一。通过Fracpro PT软件拟合分析了现场压裂数据,施工过程净压力7.8~17.0 MPa,目前最大最小主应力差为9.6~20.6 MPa,平均14.4MPa;采用重复压裂应力分析软件计算了油水井在不同生产压差和裂缝缝长与缝宽条件下生产时不同位置处的最大最小应力差的演变,5 mm缝宽比1.6 mm缝宽最大最小应力差小1.0 MPa;120 m缝长比60 m缝长最大与最小应力差小0.5 MPa;22 MPa比17 MPa的油水井生产压差的最大最小应力差小2.0 MPa。初始最大最小主应力差16MPa对该油田部分井重复压裂实现裂缝转向具有较大难度,不易形成新缝;目前最大最小应力差小、初次压裂形成宽和长的裂缝、压后油水井生产压差较大及重复压裂过程中净压力较高的井层有利于重复压裂时发生裂缝的重定向而产生新裂缝。     

焦炭塔基础混凝土裂缝控制技术

焦炭塔类大型设备基础在施工过程中要求混凝土一次成型，不得留置施工缝，因此混凝土一次浇筑量较大，这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝，如果不加以控制，会产生严重的隐患。文章对焦炭塔基础混凝土水化热的计算和大体积混凝土施工中的主要技术难点进行了简要的阐述．提出了混凝土配合比设计、材料选用，以及混凝土浇筑、降温及测温养护的一些可供借鉴的方法。     

焦炭塔自动顶盖机联锁保护系统的改进

在延迟焦化装置焦炭塔水力除焦的自动控制中,高压水泵等设备的运行都设置了严格的联锁保护,然而对于打开焦炭塔顶盖的顶盖机却没有设计与焦炭塔温度参数相关的开盖联锁保护,操作人员一旦误操作,在高温下打开焦炭塔的顶盖势必引起火灾。介绍了顶盖机的结构、工作原理,同时根据生产工艺的要求提出了焦炭塔顶盖机与焦炭塔温度相关的开盖联锁保护方案,即在高于温度联锁值的情况下焦炭塔的顶盖打不开,从而有效地避免因为误操作在高温下打开焦炭塔的顶盖,确保了操作的安全。     

焦炭塔过渡段区域的热应力有限元分析

应用Ansys有限元软件,以茂名石化分公司的焦炭塔原始数据为条件,建立了焦炭塔有限元模型,分析了焦炭塔各个操作阶段塔简体和锥体的过渡段(锻件)的应力分布情况.结果表明:焦炭塔的过渡段的应力在升温阶段和降温阶段分别达到最大值和最小值.环向应力、轴向应力和Mises等效应力在简体与过渡段连接焊缝附近和过渡段与裙座连接焊缝附近达到峰值.     

针状焦焦炭塔水冷倾斜对塔顶油气管线的安全影响评估

针对生产针状焦的焦炭塔在水冷阶段发生周期性大幅倾斜导致的塔顶油气管线安全问题,基于管道有限元分析软件CAESAR II建立塔顶复杂油气管线的有限元模型,计算出管线在焦炭塔水冷阶段最大倾斜量时的一次应力和二次应力。依据ASMEB31.3工艺管道规范,对油气管线中的若干危险点进行应力分类评定。结果表明:塔顶管线在焦炭塔最大倾斜时仍能安全使用,但在部分弯头和三通处的二次应力相对较大,建议后续运维中给予关注。本文为焦炭塔倾斜导致塔顶油气管线的安全评估及其运维提供了参考依据。     

焦炭塔的剩余寿命评估与安全生产

论证了焦炭塔使用寿命及安全评估与安全生产的意义。指出温差应力是影响焦炭塔使用寿命的主要因素。由于温差应力大、结构不甚合理以及检修质量问题,塔体与裙座连接焊缝开裂周期越来越短、开裂越来越严重,使之成为影响焦炭塔使用寿命的关键因素。评估结果认为,焦炭塔的剩余使用寿命是由疲劳试验结果决定的。焦炭塔剩余寿命评估为延迟焦化装置的安全生产奠定了基础。     

焦炭塔过渡段的热应力分析

应用Ansys有限元软件,以中国石油化工股份有限公司茂名分公司提供的焦炭塔原始数据为条件,建立焦炭塔有限元模型并结合在线测试结果,分析焦炭塔各个操作阶段的变形情况和应力分布情况。结果表明：焦炭塔的简体与裙座连接部位是应力集中的区域。X方向、Y方向和Mises等效最大应力和应变发生在简体与裙座连接焊缝附近。根据分析结果提出了减少应力的措施。     

煤岩水力压裂裂缝形态实验研究

水力裂缝形态的正确判断是压裂施工设计和产能预测的重要部分,针对煤岩进行真三轴水力压裂,研究水平裂缝、垂直裂缝和复杂裂缝之间的转换条件,得出判断依据。实验证实:应力差(最小水平地应力减去垂向应力)为4～6MPa时,水力裂缝形态在垂直裂缝和水平裂缝间转变;在等应力差状态下,高围压状态会使水力裂缝形态趋于复杂;天然裂缝和割理对水力裂缝起裂与延伸过程产生不同影响;煤岩应力状态主导水力裂缝走向,当应力差异系数K_v在0.6~0.7之间时,煤岩内部天然裂缝和割理对水力裂缝形态有显著影响;并且在不考虑井眼附近天然裂缝时,需要苛刻的应力条件使水力裂缝的起裂阶段表现为水平裂缝。     

降低焦炭塔操作压力对焦化过程的影响

考察了降低焦炭塔操作压力对延迟焦化过程的影响。中试结果表明：在炉出口温度、注汽量、循环比等操作条件基本一致的情况下,当焦炭塔的操作压力由0.195MPa降低到0.115MPa时,气体和焦炭的产率降低,液体产品收率提高且表现在焦化蜡油收率的提高上,二者分别提高了2.03百分点和4.64百分点;随着操作压力的降低,焦化汽油和焦化柴油的性质基本一致,但焦化蜡油性质变差,主要表现在密度、残炭、沥青质、氮含量及金属等均有所升高,95%馏出温度提高14℃;石油焦的挥发分呈降低趋势。     

焦炭塔工作过程仿真计算

对延迟焦化装置的焦炭塔工作过程进行仿真,采用5个瞬态分析步分析了焦炭塔从新塔准备直至老塔处理5个阶段的温度场分布,进而综合考虑温度、压力、重力作用进行应力分析。模拟计算结果表明,工作周期内,裙座连接处的应力较高。水冷过程中,随着冷却水的注入,液面附近筒体存在高局部应力,产生微小塑性变形,经循环累积,会导致塔体鼓胀变形。     

焦炭塔强度评定及疲劳剩余寿命评估

以某炼油厂LD52B2-2B焦炭塔为研究对象,在机械载荷和温度载荷共同作用下的工况下,利用有限元分析软件ANSYS对其进行应力分析与强度评定,各部位均满足强度要求,同时对其最薄弱区域进行疲劳强度评定,通过对剩余寿命评估方法的研究,得到了焦炭塔的最大剩余使用寿命。     

基于ANSYS的焦炭塔动力学分析

利用ANSYS软件建立了焦炭塔应力场分析的有限元模型,结合风载、地震载荷等对焦炭塔进行了分析,计算了各工况下焦炭塔的应力与强度。利用有限元模型对焦炭塔操作过程各阶段的载荷进行了分析计算,结果表明,焦炭塔在风载与地震载荷下能够安全平稳运行。