大型萃取精馏塔吊装强度研究.pdf

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1、220化工机械2014年大型萃取精馏塔吊装强度研究刘利强“吕涛2肖云峰2张志莲2(1．北京化工大学机电工程学院；2．北京石油化工学院机械学院)摘要针对萃取精馏塔的安装施工，利用有限元方法对已有的吊装方案进行强度校核，提出了优化方案，并且对优化方案进行了强度校核。关键词萃取精馏塔吊装强度校核优化方案中图分类号TQ053．5文献标识码A文章编号0254-6094(2014)02-0220-04随着我国经济的发展与科技的进步，石油化工作为我国的支柱产业，其设备正朝着大型化、高效化、特种化、国际化的方向发展，设备大型化的同时也带来了一系列的安装问题，其中吊装是一个

2、很重要的问题，吊装水平直接影响着工程进度¨。1。从设备整体吊装和分段吊装的安全、工期、费用、质量以及作业风险等方面进行对比，考虑安全、经济等方面的因素，采用设备整体吊装工艺要优于分段吊装空中组对工艺。整体吊装与分段吊装使用吊车的类型相同，只是配重、索具大一些。采用分段吊装的施工工期长，大型吊车使用时间长，安装费用高。现阶段我国石油化工设备在高50m左右就采用分段吊装工艺，较少采用整体吊装，而欧美一些国家基本都采用整体吊装。．北京燕山石化公司20万t／a混合C4制MT．BE项目中，有一座78m高的萃取精馏塔，施工方提出整体吊装方案，笔者将利用有限元方法对萃取

3、精馏塔整体吊装进行强度校核，验证整体吊装方案的可行性，并根据计算结果，提出优化方案。1整体吊装工艺简介及载荷分析1．1整体吊装工艺简介萃取精馏塔简体公称直径4600／2600mm，筒体厚度20mm，筒体材料为Q345R，塔高为78165mm，重190t，吊耳管轴材料为Q235，管轴壁厚20ram。由于设备超重、超长和超高，给制造安装增加了难度。为顺利完成塔设备的安装，制造方提出通过在距离塔体顶端2000mm处设置轴式吊耳，在塔体底端设置尾部吊耳完成吊装。根据设备计算重量和现场环境情况，选用SCC6300型履带式起重机一HDB工况吊装形式。萃取精馏塔采用主、

4、辅两台吊车整体吊装”1，主吊车采用SCC6300型履带吊车，辅助吊车选用SCC2500C型履带吊车，吊钩下部装有起重桅杆¨。，吊耳承受向上的拉力。使用250t履带吊车前期配合现场组焊，设备吊装时做辅吊溜尾，具体使用形式如图1所示。么婆图l双吊车吊装示意图I——起吊状态；II——450状态；11I——竖直状态1．2载荷分析针对整体吊装，制造方提出的吊耳安装位置，需要进行水平、竖直状态下的强度校核∞o，具体是：水平状态时，在距离塔体顶端2000mm处设置轴式吊耳，在塔体底端设置尾部吊耳是否合理；顶部吊耳处的补强圈和焊缝强度能否达到要求；如果吊耳安装的位置不合理

5、，提出合理方案，并进行相应的强度分析。+刘利强，男，1986年10月生，硕士研究生。北京市，100029。第4l卷第2期化工机械22l2有限元模型2．1模型建立及有限元网格的划分考虑到塔高和塔径，忽略筒体上的接管和开孔，同时也忽略塔器内件，以)，轴为对称轴，但需要考虑塔体上附件的质量。塔体部分全部采用六面体单元，在吊耳与塔体连接部位，由于焊缝区的应力集中需将该区域网格细化，并且保证筒体与顶部吊耳节点的相对应。全部模型共建立281694个单元。305520个节点f图2)．图2有限元网格2．2施加载荷及边界条件分别计算在塔体处于水平和竖直两种情况下的应力分布，

6、水平状态下将两端的吊耳底部施加戈、z方向的约束，约束面积大约与钢丝绳和管轴接触区域相当；筒体中心底端靠近地面一侧将，，轴固定，施加重力作用；竖直状态下将上部吊耳底端两侧施加y,z两个方向的约束，约束面积同样是与钢丝绳和管轴接触区域相当，筒体顶端封头中心处施加菇、z方向约束，施加重力。此处需要注意的是由于补强圈、吊耳和筒体三者是通过焊缝相连的，补强圈与筒体之间并不是真实的相连区域，因此需要将补强圈与筒体之间的网格节点分离，并将补强圈与筒体之间定义为接触。2．3计算结果及分析水平状态时，最大应力出现在底部吊耳处(图3)，此时的最大应力已经超过1000MPa，远

7、大于材料的许用应力185MPa，底部吊耳不能够满足强度要求，需要对底部吊耳优化；顶部轴式吊耳与筒体相连的焊缝处应力小于160MPa，轴式吊耳在水平起吊时能够满足强度要求。l鋈图3原始方案水平状态应力分布3方案优化及分析通过上述计算结果显示，将底部吊耳优化为轴式吊耳，对优化后的结果进行应力和变形分析，有限元网格依然全部采用六面体网格，载荷、施加边界与上述一致。计算结果显示，在水平状态时塔身中部最大挠度不超过50ram，塔体安全；塔身中部最大的应力不超过50MPa，塔体也同样安全；最大应力出现在吊耳根部，吊耳根部的应力不会超过180MPa，水平起吊时，吊耳根部

8、安全。水平状态下无吊耳和有吊耳时塔体应力分布云图如图4所示。i：气