φ9800mm焦炭塔裂纹应力分析

某石化公司φ9800 mm焦炭塔是国内最大的焦炭塔,塔裙连接处采用一种新型焊接结构,投入使用8个月,在塔裙连接处的应力槽部位出现裂纹,文章针对裂纹产生部位建立有限元模型,进行应力分析及评定.结果表明,由于温度变化产生的热应力是导致出现裂纹的主要原因.     

焦炭塔裙座局部结构的处理

分析了焦炭塔的操作工况特点。在频繁的加热和冷却循环作用下,焦炭塔裙座焊缝及其附近部位受到较大的低频交变热应力作用。导致筒体与裙座连接处开裂的主要原因,是焦炭塔底部裙座和筒体结构不连续造成的。在此基础上从裙座的焊缝结构、整体结构、支座结构入手,总结了焦炭塔裙座局部结构的处理及其优化设计方案。     

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。     

延迟焦化装置焦炭塔安全评估与剩余寿命预测方法

延迟焦化装置中的焦炭塔长期受到温差和机械载荷的共同作用,在这些交变载荷的作用下,焦炭塔体中部易产生鼓胀变形,裙座角焊缝也容易萌生裂纹。因此,如何评估焦炭塔的安全性,并对其疲劳寿命进行预测一直是工程界和学术界的研究难点。运用有限元技术,针对焦炭塔容易产生失效的两个部位,分别位于塔体中部鼓胀位置和塔体下部裙座焊接接头位置进行风险评估,得到整个周期内焦炭塔出现最大应力的危险时间点,再运用ASME VIII-2中相关技术校核危险部位的安定性,最后运用Manson-Coffin公式和S-N曲线方法分别预测焦炭塔的剩余寿命。方法的建立为炼油装置中类似设备的风险评估和寿命预测工作提供了技术支撑。     

焦炭塔裙座焊缝裂纹分析及修复

焦炭塔长期运行在高温及充焦、除焦的冷热疲劳操作条件下,出现了塔体与裙座焊缝裂纹或穿透,尤以T101C塔的裂纹最为严重,其穿透的裂纹内侧长度达30 mm,外表面裂纹长度已近3 m,其余三塔外表面裂纹长度也有1～2 m,均集中表现在除焦阀下方焊缝位置。文章通过对焦炭塔的使用状况及应力分析,指出了裙座焊缝裂纹产生的原因。同时对焦炭塔返修和操作中应注意的问题进行了总结。     

在用焦炭塔全面检验方案

焦炭塔在运行过程中,受到低周热应力疲劳和应力腐蚀共同作用,本文深入分析了焦炭塔可能产生的失效模式(如筒体鼓胀以及筒体、焊缝和裙座等热疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、材质劣化损伤模式),制定了详细的在用焦炭塔全面有效可行的检验方案,可供同类设备检验中借鉴参考。     

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。     

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。     

焦炭塔检验及缺陷分析

主要阐述了使用过程中焦炭塔(塔-1/3、塔-1/4)裙座与下锥封焊缝出现多处裂纹、32个裙座柔性槽上部全部开裂和上球封与支座垫板焊缝发现多处开裂的检验方法,分析了裂纹产生的原因并提出处理意见。同时介绍了查找易减薄部位方法,分析减薄产生的原因,最后给出了对这些问题的合理处理方法。检测发现了严重减薄现象,筒体、封头由原始制造壁厚26 mm,减至局部最小壁厚15.5 mm,分析认为这是由于焦炭塔本体外的垫板、支腿和上平台等原因引起的腐蚀减薄导致的。     

焦炭塔水冷倾斜过程的有限元模拟、安全评价与应对措施

针对焦炭塔发生的水冷倾斜现象,基于ANSYS软件,建立含分枝孔道焦炭的焦炭塔有限元模型,模拟了焦炭塔在水冷阶段的瞬态温度场,进一步求得了热应力、应变场及焦炭塔发生倾斜变形的过程。结果表明:水冷阶段形成冷点,其轴向、周向温度场分布不均产生的温差应力和冷热收缩不均产生的弯曲应力共同作用使塔体在该处发生弯曲变形,进而诱发塔体的整体倾斜。塔体倾斜使得裙座部分区域所受薄膜应力远高于屈服强度。针对裙座强度不足问题,实施了加筋弧板补强方案,验算表明该方案能有效降低裙座薄膜应力。含分枝孔道焦炭模型和对裙座的加筋弧板补强方案对焦炭塔的倾斜分析及其应对措施具有参考价值。     

焦炭塔顶颈部筒体减薄及油气出口接管焊缝开裂原因分析

广州分公司延迟焦化装置焦炭塔运行8年后发现塔顶颈部与油气出口接管连接处焊缝产生了裂纹,分析其原因:(1)接管处是几何不连续区域,应力水平偏高;(2)焦炭塔的操作是循环往复式的,构成了疲劳载荷,进而产生了循环应力应变;(3)介质中的H2S和HCl对塔壁造成腐蚀。针对产生的原因,采取了在焦炭塔上部及塔顶颈部衬一层0Cr13Al和更换塔顶筒体和油气出口接管等措施,为焦化装置的长周期运行奠定了基础。     

大型延迟焦化装置焦炭塔裙座部位锻焊结构优化

由于焦炭塔的操作温度很高,且压力和温度皆为循环操作工况,因此低周热疲劳破坏是焦炭塔的主要破坏形式之一,该破坏主要发生在筒体下部及筒体与裙座的连接处。焦炭塔裙座部位多采用搭接的板焊结构型式,此种结构型式在现场制造难度大,尤其裙座顶部搭接焊接接头的圆滑过渡很难满足图纸中的要求,易留下安全隐患。采用锻焊裙座的技术方案,通过调整裙座部位不同的结构型式,采用有限元方法对该部位在高温等载荷作用下的21个结构模型进行了计算和分析,确定了较为优化的结构设计方案,并提出了设计时需要考虑的问题。推荐裙座锥角应为5°;平台宽度宜为20 mm;温箱高度宜为450～500 mm。     

大型焦炭塔裙座裂纹探析及优化改进

介绍了2台材质为14Cr1MoR、规格为9 800mm×37 001mm×(30/32/34/38/42)mm的焦炭塔裙座产生贯穿性裂纹的情况。对裙座进行了受力分析,找出了产生裂纹的原因,制定了相关的返修方案,并提出了焦炭塔生产操作的注意事项及裙座结构优化和改进措施。     

焦炭塔塔体损伤原因及对策

对焦炭塔下段塔体鼓胀和裙座焊缝裂纹产生原因进行了分析 ,采用上移裙座的方法进行改进 ,效果良好     

大型焦炭塔裙座对接结构优化设计与分析

低频热疲劳是延迟焦化核心设备焦炭塔的主要破坏形式之一,主要发生在设备下锥体与裙座的连接处。通过对3种不同的焦炭塔锥体与裙座的连接结构的优劣对比分析,并兼顾考虑设计、制造难度和经济效益,文章在裙座设计中选择优化对接结构,制造方案上中改进焊接工艺和焊接工装,并运用MSC软件模拟焦炭塔服役过程中交变热-力载荷对裙座对接堆焊焊缝处进行热疲劳瞬态分析和使用寿命评估,提出了焦炭塔焊缝结构优化设计方法和改进措施。     

设备及公用工程

TE962200607459焦炭塔修复后的热处理〔刊〕/郑五喜(扬子石化检修安装公司)∥扬子石油化工.-2005,20(3).-54~55扬子石油化工股份有限公司炼油厂延迟焦化装置中的焦炭塔在使用过程中发现裙座和塔身锥体处的环焊缝产生严重的裂纹,分析了裂纹产生的原因,提出了采用降低热处理温度和延长保温时间的环焊缝热处理退应力工艺。介绍了热处理时设备的准备、热处理的具体实施方法及现场安全措施,确保了焦炭塔的检修。经2004年焦炭塔大修论证,塔体在检修过程中没有发生明显的变形,经过1年多的运行,设备没有明显变化,完全达到了检修效果。图1表2参1(郑…     

焦炭塔裙座角焊缝开裂失效分析与处理

介绍了某公司炼油厂延迟焦化装置焦炭塔在运行过程中裙座角焊缝出现裂纹的案例,并从载荷特性、结构和材质因素、应力因素等几个方面进行了综合分析,在此基础上提出并实施了有针对性的整改措施,取得了良好的效果.     

焦炭塔锥段焊缝裂纹原因分析和修复

焦炭塔是炼油厂延迟焦化装置的核心设备,装置规模的不断扩大,催生了用耐热钢1.25Cr0.5MoSi为材质的大型焦炭塔制造技术.新型锻件作为焦炭塔筒体和椎体连接过渡段,基本解决了焦炭塔过渡段焊缝裂纹和筒体鼓胀变形等问题,但是近年来几家企业的大型焦炭塔在锥段部位的焊缝陆续又出现了裂纹.经分析,焦炭塔在20 h内从常温到49...     

大型焦炭塔的腐蚀分析及防护措施

某炼油厂Φ9 800mm大型焦炭塔在投入运行后,锥段内壁出现点蚀坑,环焊缝出现裂纹。对腐蚀部位取样分析,结合生产工艺特点,认为产生点蚀坑的主要原因为:高温环境下焦炭塔母材的高温抗力下降,在交变载荷和冲击性载荷作用下,母材产生高低温冷热疲劳和蠕变开裂,裂纹交叉部位剥落形成蚀坑。锥段单侧进料、较短的生焦周期等因素则加速了蚀坑的产生。产生环焊缝裂纹的主要原因为18h生焦周期产生了较强的热机械疲劳。针对上述腐蚀原因,从工艺操作、材料升级等方面提出了升级锥段材质、延长生焦周期、延长大吹汽时间、提高焦炭塔预热终温、改变进料方式等防护措施。上述措施实施后,焦炭塔的腐蚀情况得到明显改善。