在役立式液氨储罐腐蚀剩余强度的安全评定.pdf

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1、第４４卷第４期化工机械４３１在役立式液氨储罐腐蚀剩余强度的安全评定１１２１吴泽宁刘长海李蕊张莹光（１．东北石油大学机械科学与工程学院；２．中国石油大庆石化公司热电厂）摘要对在役立式液氨储罐腐蚀减薄后的强度进行了安全评定。通过对在役立式液氨储罐实际腐蚀情况的监测和测量的数据进行分析，得出储罐上封头和筒体的腐蚀速率为０．１０ｍｍ／ａ，下封头的腐蚀速率为０．１４ｍｍ／ａ。运用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ建立有限元分析模型，对液氨储罐腐蚀前后进行了应力数值模拟对比，给出了立式液氨储罐不同时限腐蚀后的应力状态、最大应力

2、值位置和危险截面，并依据ＪＢ４７３２１９９５（２００５）对危险截面进行等效线性化分析和准确的应力分类，最后依据标准进行强度评定。结果表明：在设计使用寿命年限内，即使腐蚀情况严重超出预期，液氨储罐的整体强度仍满足使用要求，用常规设计确定的储罐壁厚偏于保守。关键词立式液氨储罐腐蚀强度安全评定ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中图分类号ＴＱ０５３２文献标识码Ａ文章编号０２５４６０９４（２０１７）０４０４３１０６随着使用年限的增加，在役立式液氨储罐由设计厚度δ１４ｍｍ于内部介质的腐蚀和外界环境的影响结构会发生工作

3、压力ｐ１．９３ＭＰａｗ［１～３］变化，如壁厚减薄、内壁面出现腐蚀缺陷等，工作温度Ｔ－３５～５０℃这将削弱储罐的强度，严重时甚至会对人民的生命财产安全和环境构成严重威胁。为了确保储罐在生产中的安全，企业会定期对储罐进行检修，如宏观检查、无损检测及理化检验等。对已发生腐蚀的储罐，剩余强度能否满足储罐设计寿命的要［４，５］求，是企业技术人员关注的主要问题。基于此，笔者对某石化公司在役立式液氨储罐的实际腐蚀情况进行监测，并对测量数据进行分析。１立式液氨储罐分析模型１．１储罐结构参数某石化公司的在役立式液氨储罐结构如图

4、１所示，设计参数如下：设计温度ｔ－３５℃设计压力ｐ２．１６ＭＰａｃ３设计体积Ｖ４．５ｍ公称直径Ｄ１５００ｍｍ图１液氨储罐整体结构筒体长度Ｌ２０００ｍｍ基金项目：中国石油科技创新基金项目（２０１５Ｄ５００６０６０２）。作者简介：吴泽宁（１９９１），硕士研究生，从事化工过程机械的研究。联系人：刘长海（１９６４），教授，从事化工装备的疲劳损伤与可靠性的研究，ｃａｗａ００９９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。西15001OOo岣14oN４３２化工机械２０１７年储罐封头选用标准椭圆形封头，支座为４个明储罐腐蚀程度严重。对比两

5、次测厚，发现储罐支撑式支座，该液氨储罐的壳体与支撑式支座垫下封头减薄量较大，年均腐蚀速率较大。板采用１６ＭｎＤＲ钢材，支撑式支座和其他采用Ｑ２３５Ｂ钢材，该储罐设计使用年限为３０年。１６ＭｎＤＲ力学性能参数如下：屈服强度σ３１５ＭＰａｓ抗拉强度σ４９０ＭＰａｂ泊松比μ０．３伸长率Ａ２１％设计温度下设计应力强度Ｓ１８８ＭＰａｍｔ设计温度下弹性模量Ｅ２０１ＧＰａ１．２储罐的腐蚀状况储罐于２０１２年７月首次投产，２０１５年８月开罐检修时发现容器内壁整体发生腐蚀，储罐下封头的腐蚀比筒体严重。按设计条件要求，罐体腐蚀裕

6、量取３ｍｍ，检修时厚度测量点与投产时测厚位置相同，如图２所示。封头和筒体的初始测厚数据和本次检修测厚数据分别见表１、２。数据表图２液氨储罐壁厚测点位置表１封头测点厚度数据上封头下封头测点编号Ｆ１Ｆ２Ｆ３Ｆ４Ｆ５Ｆ６Ｆ７Ｆ８投产时检测厚度／ｍｍ１４．１０１４．１０１４．０８１４．１０１４．１０１４．１０１３．９８１４．００３年后检测厚度／ｍｍ１３．８１１３．７９１３．７８１３．８２１３．６７１３．６９１３．５６１３．５９减薄量／ｍｍ０．２９０．３１０．３００．２８０．４３０．４１０．４２０．４１－１年均腐蚀速率

7、／ｍｍ·ａ０．１００．１４表２筒体测点厚度数据测点编号Ｔ１Ｔ２Ｔ３Ｔ４Ｔ５Ｔ６投产时检测厚度／ｍｍ１４．１０１４．０１１４．２０１４．１２１４．０９１４．１１３年后检测厚度／ｍｍ１３．７７１３．７２１３．８９１３．８３１３．８１１３．７９减薄量／ｍｍ０．３３０．２９０．３１０．２９０．２８０．３２－１年均腐蚀速率／ｍｍ·ａ０．１０１．３液氨储罐的有限元分析模型进行网格划分时所使用的单元形式，采用ＳＯＬ已知在役立式液氨储罐的壳体与４个支撑式ＩＤ１８６三维结构实体单元对液氨储罐进行模拟分［６，７］支座组成对称结

8、构，载荷分布也为轴对称分布，因析，网格划分后的液氨储罐有限元模型如图３此，基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件进行液氨储罐建所示。边界条件主要由３部分组成：支座底面施模时，可暂不考虑储罐上的接管等附属结构，根据加固定约束，储罐对称边界施加对称约束。设计储罐结构和载荷的对称特性，取包含一个完整支条件下储罐内表面施加内压２．１６ＭＰａ，工作状态［６～８］座在内储罐的１／４模型为研究对象，单元类型是下储罐