石油加氢装置放空管道的动态分析.pdf

《石油加氢装置放空管道的动态分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2期申登峦等．石油加氢装置放空管道的动态分析173石油加氢装置放空管道的动态分析申登峦魏安安王瑶(常州大学机械工程学院，江苏常州213016)摘要化工装置在突然放空时，放空气体会对管道产生很大的推力，从而危及管道安全。结合某工程实例，采用CAESARII软件对放空管道进行动态分析，应用模态分析计算出了管道系统的固有频率，应用力响应频谱法分析了管道的安全闽载荷和气锤栽荷对管道系统的影响，找到了受气锤裁荷和安全阀载荷冲击影响最大、振动最剧烈的位置，并对此位置进行改进。据改进后的方案重新建模并分析，管道振动情况明显减缓并安全地通过了模拟

2、工况下的放空试验。关键词放空管道动态分析力响应频谱法CAESARII软件中圈分类号TQ055．8文献标识码A文章编号1000．3932(2016)02-0173-04放空管道用于石化装置在突然停电、超压及出现故障等意外情况时，通过安全阀的开启，释放系统中的介质并降压，以保护装置的安全，这也是保护装置安全的最后一道屏障。管道应力分析软件CAESARII可以进行管道的静力和动力分析，功能齐全，因而在全世界范围内被广泛应用¨’23。某石化厂为了节省占地，在技术改造中将现有的两个石油加氢装置的放空管道合并到一条原有放空管道中。笔者采用软件C

3、AESARII对管道进行静动态分析，以校核此管线的安全性。1安全阀泄放时的气体推力计算石油加氢装置在安全阀开启时会产生巨大的气体排放反力，使得管道安全存在很大隐患。放空管内介质和安全阀的基本参数如下：容器内介质饱和蒸汽容器内最高工作温度250℃安全阀型号HF—CA48Y-100C安全阀起跳压力4170kPa安全阀喉部直径80mm安全阀公称直径100ram泄放量8．26kg／s放空管直径200mm放空管出口处的压强497kPa安全阀出口管的直径150mm现用两种方法计算气体排放反力。API-520中计算排气反力的公式⋯为：F=129w

4、4茄地001却(1)式中A——泄放出口面积，mm2；F——泄放反力，N；p——泄放管出口静压，kPa；r——出口温度，K；埘——气体流量，kg／s。将放空管道各项数据代入式(1)可得F=46033．19N。另外，采用CAESARII软件计算排气反力。将管道内介质和安全阀的参数导入CASEARII中的ReliefLoadSynthesis模块计算所得安全阀放空时的气体排放反力F=36108．57N。两种方法的计算结果有一定差异，用API-520中的方法计算的结果较大。为保守起见，笔者取较大的数值应用于管道的动态分析，在进行管道系统的动

5、态分析之前，必须先进行静态分析。2管道动态分析在项目完成初期，该厂做过一次小型放空试验，发现第五个弯头(即节点249)处振动剧烈(振幅近200mm)，严重超过了国家标准。现着重介绍此管道系统的动态分析，在进行管道系统的动态分析前，必须先进行静态分析。2．1静态分析建立管道系统的模型，管道模型与节点分布如图1所示。经分析管道的一次应力、二次应力收稿日期：2015．11-15(修改稿)174化工自动化及仪表第43卷和管道热应力均未超出应力许用值。!o图l管道模型与节点分布2．2动态分析影响放空管道振动的主要因素是气锤载荷和安全阀载荷，二

6、者特性曲线的特点都是载荷值从零突然跃升到某一定值，然后保持一定时间后再突然降到零口]。求解这种具有脉冲力／时间特性曲线的最常用方法是时程法和力频谱法。时程分析采用数值积分方法模拟载荷的作用，这种方法需要迭代，人工计算部分较为繁琐，因此工程上常用力响应频谱法计算气锤对管道的影响”1。2．2．1模态分析模态解仅进行本征解计算，在频谱分析前也需要进行本征解的计算。模态分析只是为了求解管道系统的固有频率和振型，因此不需要定义载荷，只需将法兰刚度输入即可运算"’61。经计算，此管线前五阶的固有频率为1．073、1．680、2．254、2．55

7、0、3．112Hz。此排放管系的一阶固有频率小于DL／T5054．1996(火力发电厂汽水管道设计技术》中规定的一阶固有频率的最小值3．500Hz，极易受外界干扰发生强烈振动。2．2．2安全阀排放反力分析将上述求得的安全阀排放反力依次施加到管道弯头处，并在每个弯头处采用CAESARII软件建立安全阀放空时气体排放反力的响应频谱，找到安全阀排放反力对管道影响最强的力，并用此力校核管道和支架应力071。以节点249为例生成的频谱曲线如图2所示。可以看出，频率为0．586Hz时动态载荷系数最大(1．997)，即此时安全阀排放的气体反力对管

8、道的影响最大。fL卜、、020406080100120140频率，Hz图2节点249处排放反力与时间响应频谱计算安全阀排气工况下固定支架上的受力，结果见表1。表1力作用在节点249处固定支架的受力由以上的力，校核管道在安全阀排放工况下