空气分离装置精馏塔冷箱动力特性与地震反应

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1、空气分离装置精馏塔冷箱动力特性与地震反应第一章绪论1.1冷箱的发展与用途冷箱，顾名思义是一种保冷装置，同时也是支撑冷箱内部设备与管道的载体，为它们提供必要的支撑刚度。冷箱的保冷性质与家庭使用的电冰箱性质一样，都是通过钢外壳加保冷材料，隔绝外部热量进入箱内，保证箱内达到所需要的低温。工业上使用的冷箱一般用于气体在低温下的分离，冷箱可以将大量低温换热器、分流塔集中在一起，减少冷量损失，大大节省了制冷成本，减少了能源浪费。众所周知，空气中含有78%的氮气、21%的氧气以及1%的稀有气体。将空气中的氧气、氮气和其他稀有气体分离的最常用方法

2、就是先将空气低温液化，然后再依次蒸发，根据各种气体沸点不同，先后分离出氮气、氧气以及其它稀有气体。这个过程中，就需要一个低温的环境。而冷箱正是创造了低温分离的最佳环境（见图1.1)。因此冷箱广泛的应用于空分、液化天然气、乙稀、石油裂解气等低温分离。空分装置的核心就是冷箱。全世界第一台制空分氧装置是1895年由德国科学家也就是现在林德公司的创始人卡尔林德教授发明的。1903年卡尔林德教授设计了世界上第一台冷箱，大小相当于今天的双开门电冰箱，氧气产量只有每小时10立方米（10m3/h)(见图1.2)。接着卡尔林德于1905年、1907

3、年分别制造了20m3/h、50m3/h的空分装置，冷箱的尺寸也随之增大。100多年后的今天，全世界最大的冷箱是林德公司为印度钢铁公司设计生产，长宽各10米，高65米，产氧量高达150000mVh的空分装置，目前仍在安装阶段。法国液化空气公司1910年制成50m3/h空分制氧机，1925年在意大利建成世界第一家以管道供氧的氧气公司。..1.2冷箱的特点与类型工业用冷箱包括空分冷箱、液化天然气冷箱、乙稀冷箱等，构造大体相同。冷箱结构通常由内部低温换热器、精馆塔以及管道等气体分离运输设备、外部钢结构框架，以及设备与框架之间用于绝热保冷的

4、珠光砂构成（见图1.4)。这样可以极大程度的集中所有深冷设备，创造深冷条件，最大限度的防止冷量损失，减少能耗。同时，由于冷箱狭小的空间内集中了大量深冷设备，换热器与精馆塔及管道布置极其紧凑，使得冷箱的制造技术要求非常严格，制造工序极其繁琐，施工安装难度极大，费用也较高。一旦冷箱结构发生破坏，珠光砂喷出，内部深冷液体遇热迅速气化膨胀，冷箱内压力升高，将会导致冷箱爆炸等严重后果。历史上冷箱爆炸的事故非常多。]961年，德国一套4000mVh空分装置爆炸，死亡15人，装置与建筑物损坏严重。1973年鞍钢氧气厂3350in3/h空分装置发

5、生塔外恶性爆炸又引起塔内空分基础爆炸，装置多处被炸毁，检修半年才恢复生产。1986年燕山石化一套3200mMi空分装置一声巨响，整套装置成为一堆废墟。1992年兰州石化150m3/h空分塔爆炸，一人死亡，空分塔报废。1993年甘肃金川有色金属公司150mVh空分主冷发生粉碎性爆炸，一人死亡，空分塔报废。1993年江西新余钢铁厂6000m3/h空分装置主冷爆炸，装置损坏严重，爆炸冲击波将周围建筑物玻璃震碎。1996年哈尔滨气化厂10000m3/h空分主冷爆炸，空分报废。1997年辽宁抚顺乙稀化工厂6000m3Ai空分塔发生恶性爆炸，

6、装置、厂房均遭严重破坏，4人死亡，4人重伤，27人轻伤。.第二章精備塔冷箱主要荷载2.1引言第一章介绍过冷箱的类型和种类，其中方形冷箱由于结构的稳定性和承重能力，在工业生产中最为常用。随着工业的发展，制氧量的需求不断提升，方形冷箱的体积也越来越大（见表2.1)。目前世界上单套最大的方形冷箱为印度钢铁公司J_ager项目，该冷箱长宽各10米，高65米，目前还没有投产运行。林德在国内项目多数为精馆塔与氩塔在同一个冷箱中，冷箱截面为长方形。也有客户不需要氩气，冷箱内只有精馆塔，称之为精馆塔冷箱，精饱塔冷箱截面形状一般为正方形。为了研究方

7、便，本文选取林德已建成的某套大型空分装置的精馏塔冷箱为例，该冷箱为正方形截面，长宽各6.85米，高54米，共18层（见图2.1),来研究精傭塔冷箱在地震作用下的动态特性以及地震作用，以后可以推广到最为常见的截面为长方形冷箱。该套装置精馆塔冷箱主要由冷箱内部精僧塔及管道，外部的框架结构（包括面板角钢等），以及填充于冷箱内用于保温的珠光砂三部分组成。精傭塔冷箱的荷载主要包括精馆塔及管道自重，框架结构的自重，珠光砂荷载，气压荷载，风荷载，地震荷载等。下面对精馆塔冷箱各种主要荷载作介绍。2.2精饱塔冷箱框架结构自重精馆塔冷箱框架结构材料一

8、般选择Q235B，Q345B等材料。结抅（见图2.2-2.3)自重一般包括冷箱框架、面板和加强角钢、楼梯平合等。冷箱骨架由梁柱斜撑组成。面板包围焊接于冷箱骨架四周，通过加强角钢为面板提供刚度。楼梯平台环绕于冷箱外部。冷箱骨架、面板、加强角钢等重量都