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    聚丙烯装置中气相流化床反应器出料系统的管道疲劳应力分析.pdf

    • 资源ID:20087       资源大小:168.38KB        全文页数:3页
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    聚丙烯装置中气相流化床反应器出料系统的管道疲劳应力分析.pdf

    22 CHE ⅡCAL ENGINEER矾G DESIGN 聚丙烯装置中气相流化床反应器出料系统 的管道疲劳应力分析 孙行之 中石化上海工程有限公司 上海200120 摘要 用等效静力法,通过分析计算并对聚丙烯装置中气相流化床反应器出料系统管道的振动问题进行 了研究设计,成功避免因振动引起的疲劳破坏。 关键词 出料系统管道振动疲劳应力 应力分析 经过特殊设计的粉料密相输送系统,通过反 应器与脱气仓之间的压差作为输送粉料动力,出 料系统通过阀门的开关间隙向脱气仓排料,因此 在管道中形成了压力脉动,这种脉动会对管道产 生一定的冲击力,引起管道的振动,因此出料系 统的管道应力计算与常规应力计算不同,需要考 虑疲劳应力。 l反应器出料系统组成 反应器出料系统由反应器、产品室、产品吹 出罐及相连管道阀门等组成,见图1。 图1反应器出料系统立面图 反应器由群座支撑,反应器的群座标高应与 产品室的耳架标高相同或尽可能接近,可以有效 减小因反应器和产品室在垂直方向热胀差引起的 管道应力。 产品室由上下约束的刚性支座支撑,见图2。 该支座为滑动型支座,支座底板衬PTFE板用于减 小水平摩擦力。 图2产品室设备支座立面图 吹出罐和产品室直连,吹出罐由弹簧支架支 撑,见图3。同时吹出罐由两个夹角为6O。的阻尼 器约束,见图4。 图3吹出罐设备支座立面图 图4吹出罐防振阻尼器装置平面图 反应器由四个两级产品出料系统组成两对。 正常情况下,每对的两个产品出料系统交替操作, 但在某对的一个系统遇到机械故障时,另一个系 统可以独立操作。产品出料系统由产品室和产品 十孙行之工程师。2003年毕业于上海工程技术大学机械工程及自动化专业。从事工程设计管道应力分析。联系电话 021 583666002268,Emailsunxingrlai.ssecsinopec.eom。 孙行之聚丙烯装置中气相流化床反应器出料系统的管道疲劳应力分析 23 吹出罐组成。 两个出料系统交替操作。固体和气体从反应 器间歇进每对出料系统中的某一个出料系统,见 图5。因此计算中应考虑管道因脉动引起的疲劳应 力工况。 图5反应器出料系统轴侧图 2出料系统疲劳应力计算过程 2.1计算压力脉动的次数 阀门每小时开启闭合的次数为2O次,按20年 设计寿命,每年8000小时计算,则管道内总的脉 动次数为3.210。。 2.2弯头处的冲击力 计算流体作用在弯头处的冲击力F1,弯头冲 击力分布见图6。 图6弯头冲击力分布立面图 弯头处冲击力 F1pV2A F台4r2pV2A 式中,P为流体密度,kg/m’;V为流体流速,n1/, s;A为管道截面积,cm 。 当P400kg/m。,V16m/s,A322.75cm , 经计算F1和F合分别得出3.3kN、4.7kN。 2.3突然泄放冲击力 在管道系统计算时尚需考虑聚丙烯粉末结块 后,突然泄放时的冲击力F2。 式中,P为管道压力,MPa;A为管道截面 积,cm o 当P4.31MPa,A322.75 cm ,经计算F2 得出139.1kN。 2.4工况组合 计算需考虑的载荷相对应的疲劳次数及工况 组合;应力计算中需考虑管道重量、温度、压力 及冲击载荷;按CAESARII软件进行工况模拟,其 计算的工况组合见表1。 表1计算工况组合 表中符号说明w为管道的重量;P1为管道操作压力;P2为 管道设计压力;T1为管道操作温度;T2为管道设计温度;F1为正 常冲击力;F2为偶发冲击力;AH,K,L为常规应力计算工况, I,J是出料系统疲劳分析工况,疲劳次数为3.210 。 2.5疲劳分析结果 疲劳应力大小见图7。累积疲劳应力见图8。 2.6应力计算结果分析评定 对于常规管道应力计算,按ASMEB31.3及 CAESARII软件手册进行评定,这里不再重复展 开,将重点阐述疲劳分析工况的结果评定。 由ASME Section VIII、Division2 Apendix 5的 要求,计算出管系内每个节点的stress intensity,该 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,236 I ” lr.Ⅲ n’ I c脚T ⅡJ n I一一 ~ 一一 一篙 ‘ 一 I n眦 E 口璐“}附 蚍∞ I璐 I H田 口 拙n埘吡 t I 毗 口E E 蕊srR睇 I 蛳T I} 脏。 }L腑n E绱 I ∞ l ∞ O 0 3 瑚i j n l 黼5 0 c m ‘娜 {蛳 I 啦∞ 班 ∞ 节 ∞ l嗍 O 0 】≈‘ ∞ i l W5 g搿 1 幅3, i1封 0 0 ∞l ‘删 25I im Ej蟠 ∞ ” l 辩 O 1 舶 2 l i饰“m l5】4幡 ≈ l谢 O 0 ∞ {纰 榔‘ ∞ l5ll埘 ∞ ∞ l0 0 0 j∞ S∞瞄 1咖 1 珊 l5l招 ∞ ∞ l∞ 0 O 2孤. .帼 l∞O I ∞僻 i5;锵 ∞ ∞ M 0 0 研 ∞ l啪 I啪3 ∞ lEl懈 ∞ ∞ l O O 20 .埘 l咖 i ∞懈 幅∞ 甜 图7疲劳应力计算结果界面 ~ , 岫毙0哪‘。蜘∞ 讲Inf1 a∞ n Il『I m口∞ 啦 m u “ 渤删∞ l澜 mI∞0∞ I 册册r ∞ % T。f .0 ∞ ∞ n∞ T 0Ⅱf ∞啪 n{g如 Imnn 0∞ n z舡 0∞ E髓2州1 u ”女∞啪 {5 掰 研孤r ∞ 日 讲m口∞ 研n n∞ ‘g e∞ C珥T口 』Pl X∞ 蝴瑚嘎 口∞ ∞I螂 mI舡T1 0∞ C垭£2 mm-u。 玳州0∞ j Z眦n 0∞ mfn ∞ G∞ 0∞ C斌7肼】Fl 蛳 ∞3o‘蕊 阿I 0∞ ∞ ∞憎 砸 n 0∞ C培19. U0 -U ∞瑚∞ 蝴瑚吼 0∞ ∞ 0 珊nnY 0∞ ∞ 0∞∞ 0∞ 7 m H瓴㈣ ∞ 撕 I盯I,∞0∞ ∞{0柑 m诹f1 e∞ cL1 ㈣0 Im ∞ ∞ 1 Imn 0∞ ∞ lItmnH 0∞ n ∞ e∞ 0 6∞ 图8累积疲劳应力计算结果界面 值作为管道的疲劳应力,根据相应材料的疲劳应 力曲线找出在该循环次数下对应的许用应力,实 际疲劳应力需小于许用值,见图7。相应的材料疲 劳应力曲线见图9。 但是上述疲劳应力只是在单应力作用下的疲 劳应力,如上述管道承受了不同载荷引起的疲劳 应力,需要通过线性累积损伤理论,也可以把复 杂载荷作用下的疲劳寿命估算出来。 一 ∞ 暖 j一 ‘\, ≮ ● ‘I I●●1_ 、、~、~ 材 法劳循环次 图9碳钢、低合金钢材料疲劳应力曲线 线性累积损伤概念的表达式为所有的寿命百 分数的总和,即等于1。 ∑ ni,或 nl爱 __ 1 式中,N ,N,N。;Nji为在给定的各个单一载 荷水平下的疲劳寿命;n ,n ,n,ni为在各 载荷水平实际完成的循环次数。 只要累积的比值之和不大于1,则认为是安 全的。 因此将上述疲劳工况进行合成I,J,将每 个节点上的次数比值分别进行叠加,小于等于1则 认为是安全的,见图8。 3结语 综上所述,通过疲劳分析可以有效保证管道 在振动情况下不发生疲劳破环,确保管道在设计 寿命内安全运行,现场开车至今未发生因振动引 起的管道疲劳破环。 参考文献 1桑多尔.循环应力与循环应变的基本原理[M].jB京科 学出版社,1985. 收稿日期20130506 本刊声明 为使科技成果更好地服务国家经济建设,扩大本刊以及作者知识信息交流渠道,化工设计期刊已加入中国核心 期刊遴选数据库万方数据一数字化期刊群、中文科技期刊数据库、中国知网CNKI系列期刊数据库以及 中国化工信息中心计算机网络、四川省期刊网络等。凡在本刊发表的文章,也将通过本刊已经加入或今后可能加入的数 据库进行网络出版或提供信息服务,稿件一经刊登,将在本刊稿酬中一次性支付著作权使用报酬。如作者不同意上述约 定,请投稿时向本刊提出书面说明,本刊将酌情处理。 为鼓励技术创新、保护知识产权、杜绝学术不端行为,本刊已同有关单位合作启用科技学术期刊文献检测系统 AMLC对在本刊发表的论文进行全面检测,凡存在抄袭、一稿多投、不当署名、伪造、篡改等各类学术不端行为的, 本刊保留在本刊或其他媒体公布其行为和索回稿酬的权利。 化工设计编辑部

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