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焦炭塔循环载荷下的疲劳分析

吴娜  
【摘要】: 焦炭塔是延迟焦化装置的重要设备,操作条件苛刻,是承受热循环和机械应力循环的压力容器。频繁的加热和冷却使焦炭塔筒体与裙座连接处产生很高的应力强度水平。在这样的操作状态下,容易出现强度问题引起的多种失效。从目前的使用状况来看,多数焦炭塔已处于超期服役状态,因此为提高经济效益,防止事故的发生,对焦炭塔进行安全分析和寿命评估是十分重要的。 本文主要以焦炭塔失效的敏感部位——筒体与裙座连接处附近区域为研究对象,利用大型有限元分析软件,采用数值模拟与实测数据相结合的方法对焦炭塔的实际模型和分析模型进行适当的简化,对焦炭塔循环载荷下的疲劳分析重点展开了以下工作: (1)焦炭塔单一操作周期划分为升温阶段、进油生焦阶段和冷却除焦阶段,并根据焦炭塔的实际操作工况曲线,对每个阶段进行动态的温度场和应力场分析。 (2)在单一周期内应力分析结果的基础上,对焦炭塔进行了安定性分析。 (3)在单一周期内应力分析结果的基础上,采用两种不同方法对焦炭塔进行了寿命分析,包括基于分析设计的疲劳寿命分析和基于弹塑性分析的疲劳寿命分析。 根据新的ASME-Ⅷ-2中的规定,采用数值方法对循环载荷下的焦炭塔进行安定性分析和疲劳分析是本文的创新。 分析结果表明焦炭塔塔壁存在径向、轴向和周向的应力,且热应力占主要成分,采用安定性准则进行评价,得出焦炭塔满足安定性条件的结论。利用S-N疲劳曲线和线性累积损伤理论进行疲劳评定,分析结果显示分析设计获得的允许使用寿命为39.4年,弹塑性分析方法获得允许使用寿命为32.5年,显然后者比前者更加保守,更加安全。


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