焦炭塔油气线的应力分析与管道布置设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com高东旭等焦炭塔油气线的应力分析与管道布置设计9焦炭塔油气线的应力分析与管道布置设计高东旭何印红中石油东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院葫芦岛125001摘要针对焦化装置焦炭塔的多种高温工况，应用CAESARⅡ应力计算软件，通过建立合理的应力计算模型，结合现场新老装置管道、管架的实际情况，对焦炭塔顶油气管道不同布置方案进行应力分析，以经济、合理、安全的原则进行管道走向及支架形式、位置的优化。关键词延迟焦化应力分析柔性管道布置某公司延迟焦化装置经多次改造，其处理量2焦化油气管道应力分析由原来1000kt／a增至1500kt／a，流程为

2、“三炉六塔”，装置运行多年后，工艺落后、流程不合理、2．1管道应力分析有关参数设备老化并存在严重安全隐患。2008年该公司决利用美国COADE公司研发的CAESARⅡ5．00定实施“延迟焦化隐患整改项目”，以消除装置隐软件进行计算，需要预先准备好表示管道布置的患，方便维修和管理，降低操作人员劳动强度。轴侧图和管道设计的原始数据，并且对管道所受项目停用有安全隐患的“两炉四塔”，新建一套温度、压力等工况进行分析。焦化油气管道基本1000kt／a的“一炉两塔”，经合并保留后，装置流程为“两炉四塔”，处理量仍为1500kt／a。新增炉计算参数见表1。塔与原有装置进行匹配，

3、其中新增的焦炭塔至分表1焦化油气管道计算参数馏塔、放空塔、甩油罐等处管道距离长、操作温内容数据度高、工况复杂、布置难度大。本文针对这部分安装温度，℃管道静应力分析和管道布置进行讨论。操作温度，℃操作压力，MPa1管道应力分析管道材质管道外径，mm(主要管线)加伽)5M一1．1管道应力分析的目的管道壁厚，mm(主要管线)管道应力分析的目的是对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并使结果满足标准规范的2．2焦化油气管道模拟计算要求，从而保证管道自身和与其相连的设备及构焦炭塔为间歇操作，当一个塔在进料时，另筑物的安全，防止发生下列情况：①因应力过大一个塔在处理。焦炭塔的

4、操作周期一般为24～或金属疲劳而引起管道破坏；②管道接头处泄漏；72h。经对其操作过程分析汇总后，对9种高温工③因管道的推力和力矩过大而使管道或与管道连况进行模拟计算，见表2。接的设备产生不允许的应力或变形，影响设备正2．3应力分析要点常运行；④管道的推力和力矩过大引起支架损坏。从表2中不难看出：1．2管道应力产生的原因(1)焦炭塔的操作温度非常高，同时它的操管道运行中的压力、重力等持久性荷载，风、作工况非常复杂，计算时不但要考虑满足9种操作地震、压力脉动、冲击等临时性荷载和热膨胀、工况的要求，还要考虑新旧管线相接时不会对原端点位移的存在，是管道产生应力的主要原因

5、。其中，热膨胀是管道应力分析所要解决的最常见有管线造成不利影响。和最主要的问题。(2)焦炭塔油气管道的管径较大，设计时不仅高东旭：工程师。1998年毕业于浙江大学化工学院化学工程专业。现从事化工设计工作。联系电话：(0429)2175164，E—mail：gdxmail@163．eom。学兔兔www.xuetutu.com10CHEMICALENGINEERINGDESIGN4~-Y--设计2012，22(3)表2焦化油气管道计算工况(℃)要考虑管道布置必须具有足够的柔性，还要考虑由于管道的结焦及清焦问题而要求管道的长度尽图1焦炭塔及油气管道整体模拟结构图可能短且

6、投资尽可能少。(3)支吊架的合理设置是此次应力分析中的向及增设各种支架，使该处热胀位移应力得以疏关键所在。由于焦炭塔采用两塔并联间歇操作，导，从而使应力强度满足规范的要求，见图2。一个在生焦，另一个则在除焦，焦炭塔频繁操作，管线有时处于冷态，有时处于热态，管系会出现各种变形，为了使管系适应变形的需要，在此次设计中，在管道有过大的横向位移处设置了导向支架，以保证管道尽量沿轴向位移。(4)在管道既有向上位移又有向下位移处设置了可变弹簧或恒力弹簧支吊架，既可适应此处管道变形，又保证此处管道的支承荷载不发生转移，从而避免了邻近支架超过其支撑能力而造成的管道破坏；更为重要的

7、是此处管道的柔性设计必须满足焦炭塔顶四通管嘴法兰的受力要求(该处受力需由设备专业确认)，否则会影响焦炭塔的正常操作，甚至会造成整个装置停车。3优化布置方案(1)由于管系运行温度高，分支管与主管相互影响较大，故需对有关管道整个管系进行模拟，管道随塔一起热胀，塔也需要一起带人模拟计算，管系模拟共设19种计算工况(含9种高温工作状图2焦炭塔顶油气管道局部模拟结构图况、1种安装工况及软件计算所需过程工况)，共(3)此次改造中原有放空塔及分馏塔不需改设282个单元，模拟输人416个约束边界条件，设动，但这些设备相距较远，故需布置距离较长高12个弹簧支架。首先进行管道柔性方案

8、设计，然温