基于ANSYS周期载荷下的焦炭塔的安定性分析.pdf

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1、焦炭塔是延迟焦化装置的重要设备，是承受机械载荷和热载荷循环作用的压力容器，频繁的加热和冷却使焦炭塔简体与裙座连接处及其附近区域产生很高的应力强度?在这种操作状态下，容刘冉冉，李国成，吴娜易【叶I现因强度问题引起的失效。(1．中国石油大学(华东)山东东营257061)从使用状况看，多数焦炭塔已处(2．青岛兰石重型机械设备有限公司山东青岛2660O1)于超期服役状态，因此为防止事故的发生，对焦炭塔进行安定性【摘要】焦炭塔是延迟焦化装置的关键设备，是承受机械载荷和循环热分析是十分必要的。载荷作用的压力容器，本文根据安定性判断准则，利用有限元软件本文主要以焦

2、炭塔失效的敏感ANsYs对周期载荷作用下的焦炭塔进行了分析，判断出焦炭塔满足安定部位一筒体与裙座连接处及附近区性要求。域为研究对象，利用ANSYS有限元【关键词】焦炭塔周期载荷安定性分析软件，在焦炭塔热应力场模拟的基础E，进行安定性分析。当量应力为：1安定性理论=—J(一)+(0—o3+一q)(2)试验证明，vonMises强度理论所谓安定性状态是指结构在对于塑性材料在复杂应力状态下外力的反复变化过程中，只在初进入屈服的条件符合的较好，因始阶段产生一些塑性变形，当达此广泛用于塑性材料的强度校核。到一定的残余应力状态后，在外焦炭塔在内压、介质静压、重力

3、以力的变化范围内完全按照规律变及热载荷等作用下，其最大名义应化，不发生累积的塑性变形。在这力已经超过材料的屈服强度，使焦种情况下，结构是安定的。否则，炭塔发生了塑性变形⋯，而且经过对如果结构在外力的反复变化过程焦炭塔失效机理的分析发现，二次中，相继产生新的塑性变形，结构应力即热应力是失效的主要因素之是不安定的。失去安定性的结构，]=1．5_1．6(1)一】在反复加卸载过程中，材料会因，所以适合采用安定性分析对焦炭塔进行安全分析。塑性损伤累积而丧失延性，导致因此结构的安定性条件为脆性破坏。≤3。根据容器安定性的要求，只2焦炭塔有限元建模对于塑性材料的的

4、强度分析，要满足名义应力小于二倍屈服极新ASME中规定用V0nMises强度理限，则可保证设备的安定性，即2．1设计参数论，该理论考虑了三个主应力．、本论文以国内某炼油厂的一<2。以屈服极限为强度指标组焦炭塔为原始模型建立。焦炭的许用应力为：、对材料的共同影响，定义塔实际上是一个大的反应器，属于薄壁容器，整个塔体为直立圆刘冉冉(1983一)女，在读研究生，研究方向为石油化工安全技术。筒，由钢板卷焊的多节筒节组成。主要为承压设备的设计及安全评定。上部约占总高的l，3是泡沫段，下2009，石油和化工设菩l5，习I元PLANE13进行二维建模。根据应力衰减

5、的性质，支座与塔体连接部位将产生边缘应力，所以对于支座部分没必要做出整个的支座，支座的长度只要大于边缘力的作用范围即可。对于钢制圆柱壳边缘应力的作用范围值局限于≤2．5√鬲，其中R为圆柱壳半径，t为圆柱壳壁厚。焦炭塔塔壁的外面保温层是由几层不同材质的保温材质组成的，在分析模型中，将保温层视为一层简单的复合硅酸盐材料，并采用“热箱”的结构以降低温度梯度，进而达到减小塔体与裙座连接处局部应力的目的。材料模型要选择弹塑性本构模型，本文选用经典双线性随动强化模型。其有限元模型及局部放大图见图2。采用热一结构直接耦合方法进行热应力分析。其边界条件如下：(1)塔

6、内壁为第三类热边界条件，即对流边界条件；(2)保温层外壁在理论上应该是第三类边界条件，即空气与保温层外壁之间的对流换热，而实际上，由于空气的对流换热系数很小，所以本文直接对保温层外壁进行定温度加载，即采用第一类热边界条件；(3)部是生焦段，其结构简图见图l。焦炭塔进行热应力分析。美国石油“热箱”采用辐射边界条件。局部炭塔的塔体规格为84003552834／30／协会(API)组织的行业调查发现：模型的结构边界：(1)模型上段主28／26，设计压力为0．30MPa，设计在焦炭塔的破坏事例中，约78％是要有由上封头重力引起的分布载温度为450一490，工

7、作介质为发生在塔体与裙座的连接处及其荷和内压引起的分布载荷；(2)模渣油、油气、水蒸气、焦炭。塔体附近区域。考虑到边界效应的影型锥形封头下端是由内压引起的主体材质为l5CrMo钢，裙座材质为响区域大小，将下部包括裙座、锥分布载荷；(3)裙座底部承担整个O235一A，保温材料主体材质是复形封头以及锥形封头上下相连的焦炭塔的作用，竖放于基础之上，合硅酸盐，厚度为140mm。部分简体单独划出来，作为所用所以轴向位移近似为O。的分析实体模型，并近似简化为2．2有限元建模轴对称模型，采用热一结构耦合单3焦炭塔应力计算结果6I石油和化工设苗20o93．1应力分析

8、根据ASME一Ⅷ一2中新的规定，期翅性应变1塑性应变2塑性应变3塑性应变4采用Miss准则来计算等效应力，l