粉煤气化装置中粗合成气管道的应力分析.pdf

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1、第54卷第1期化工设备与管道Vol.54No.12017年2月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGFeb.2017粉煤气化装置中粗合成气管道的应力分析鲁承明，王丽祥（航天长征化学工程股份有限公司，北京100111）摘要：对HT-L航天气化炉中的粗合成气管道建立了两种应力计算分析模型，采用CAESARⅡ软件对这两种应力模型进行计算，并对两种模型计算的结果进行比较和分析，得出其中一种模型的计算方法比较可靠合理，使设计的管道满足设备管口的许用荷载，所建立的模型更接近于真实的运行工况。通过合理建立管道应力模型进行应力计算，不仅

2、能保证管道长周期运行，而且为类似装置提供参考依据。关键词：粉煤气化；粗合成气管道；高温管道；应力分析中图分类号：TQ050.2；TH12文献标识码：A文章编号：1009-3281（2017）01-0069-004煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一，SH/T3041—2002中的规定，需要对该粗合成气管道在将煤炭转变为更便利的能源和产品形式的各种技进行应力计算及分析。在进行管道设计时，首先要考[1]术中，煤气化是优先考虑的加工方法。目前，国内虑满足工艺要求，还要考虑设备、管道及其组成件的[6]具有自主知识产权的先进煤气化技术

3、，如航天炉技受力状况，以保证安全运转。进行应力分析与计算，术、多喷嘴水煤浆气化技术、清华炉技术等，都已投对管道做出安全性评价，并满足所连接的设备对管道[7]入实际运行。在各种粉煤气化工艺中，气化炉出口的推力的限定，使管道设计尽可能经济合理。气化炉粗合成气管道为粉煤气化工艺中的核心管道，其热应和合成气洗涤塔是整个气化装置的核心设备，其正常力将对气化炉管口荷载产生较大影响。当管道系统比安全的运行直接影响到全厂的稳定生产和长周期运较刚硬时，这种推力和应力都将较大，并可能导致管行，其中HT-L气化装置中气化炉至合成气洗涤塔的道和土建结构

4、的破坏以及影响到机器、设备的正常合成气管道简化流程图见图1。[2]运行。因此，管道应力分析是管道设计的基础，它2粗合成气管道布置研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩和应力，对管道的安全性进行评价，使设计的管道尽可能经济2.1粗合成气管道特点[3]合理。CAESARII软件在管道应力分析方面的可粗合成气管道的操作温度一般在200℃以上，靠性已得到多方面验证，成为了工程管线设计中优先管径为DN600，操作压力在4.0MPa左右，故粗合[4]考虑的管道应力分析软件。成气管道的管径大、管壁厚，在高温下能产生较大的热胀力，从而对设备管口

5、产生较大的推力。根据对管1HT-L气化装置概述道支吊架的分析，通常为了满足一次应力挠度的要HT-L航天粉煤气化工艺是以干煤粉、纯氧和少求，要增加支吊架数量，以减少管道的受力，但从降量水蒸气为原料，通过顶置烧嘴喷入气化炉，在温度低二次应力这一方面出发，则要求减少支架对管道的为1400~1800℃、压力为4.0MPa下，进行欠氧燃约束，使管系尽可能地自由变形，以降低二次应力热[5]烧，生产以CO+H2为主的粗合成气。粗合成气经推力，考虑到经济、美观及场地等限制条件，也要求[8]文丘里洗涤器增湿后进入合成气洗涤塔，由合成气减少管道支吊

6、架的设置。因此，在气化框架内如何洗涤塔除尘、洗涤后送往变换工序，气化炉出口粗合收稿日期：2015-08-28成气管道一般在205℃、3.8MPa下运行。根据GB作者简介：鲁承明（1983—），男，北京人，高级工程师，硕士研50316—2000、GB/T20801—2006、ASMEB31.3、究生。从事石油化工管道设计工作。·70·化工设备与管道第54卷第1期图1合成气管道的简化流程图Fig.1Theflowsimplifychartofsyntheticgaspipeline布置合成气管道才能有效增加其柔性，减少其对设备选择合适

7、的方法来优化管道布置，确保管道经济安全[9]管口的推力；如何才能满足合成气管道的安装及检修可靠运行。其中HT-L气化装置中气化炉至合成气空间等，都是管道布置所面临的难题。洗涤塔的合成气管道布置图见图2。2.2粗合成气管道的布置HT-L航天炉粉煤气化装置分为粉煤气化框架和渣水处理框架，HT-L粉煤气化炉布置在气化框架内，合成气洗涤塔布置在渣水处理框架内，两框架的间距为20m，连接桁架用于支撑粗合成气管道。为了增加粗合成气管道的柔性，减少热膨胀力对设备管口的影响，需要合理地改变管道走向（如设置π形弯），并设置弹簧支吊架，可以有效地提

8、高管道的补偿能力。图2合成气管道布置图在目前HT-L粉煤气化项目中，主要采用两种布Fig.2Thepipinglayoutofsyntheticgaspipeline管方式：一种是粗合成气管道从粉煤气化炉合成气管口出来后，沿气化框架外边缘布置，在煤粉气化框架3管