冷霜(中國(guó)天辰工程有限公司黑龍江分公司,黑龍江 哈爾濱 150076)
近些年隨市場(chǎng)的需求空分項(xiàng)目逐漸大型化方向發(fā)展,空分工藝越來(lái)越復(fù)雜,裝置管徑越來(lái)越大,運(yùn)行工況也更加復(fù)雜;空分項(xiàng)目存在低溫管道、高溫高壓管道、大尺寸薄壁厚管道,
管道應(yīng)力分析工作占有很大的比重??紤]裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行,管道的應(yīng)力分析工作也越來(lái)越為大家重視。
空分項(xiàng)目管道設(shè)計(jì)工作一般分壓縮機(jī)、冷箱、純化、罐區(qū)等幾個(gè)主要部分。
壓縮機(jī)是空分項(xiàng)目重要的設(shè)備之一,目前大型的空分項(xiàng)目一般選用Siemens或Man的壓縮機(jī)。大型壓縮機(jī)有電驅(qū)動(dòng)和蒸汽透平驅(qū)動(dòng)兩種。電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)主要考慮空氣進(jìn)、出口管道的應(yīng)力。壓縮機(jī)進(jìn)、出口管道管徑較大,大型空分都超過(guò)一米。因管徑較大自然補(bǔ)償會(huì)造成材料成本上升,也不利于整體布置,所以通常采用膨脹節(jié)來(lái)吸收管道膨脹應(yīng)力。
Man壓縮機(jī)管口受力要求比較苛刻,特別是蒸汽透平的管口需要注意。但蒸汽透平管道的布置按截圖中的走向,配合限位架基本可以滿(mǎn)足廠(chǎng)家的要求。
純化系統(tǒng)作為空分重要的前端凈化系統(tǒng),隨著技術(shù)發(fā)展已經(jīng)逐漸模塊化。純化系統(tǒng)由于管徑大,工況復(fù)雜,還存在薄壁厚管道,應(yīng)力分析工作量很大。
純化系統(tǒng)存在交變循環(huán)工況,分析、建模時(shí)需認(rèn)真了解工藝條件,每種工況下每根管道溫度壓力對(duì)應(yīng)輸入,并應(yīng)考慮增加疲勞工況。
由于純化系統(tǒng)循環(huán)變化次數(shù)很多,可達(dá)5000次/年。應(yīng)力補(bǔ)償方式上,膨脹節(jié)已經(jīng)很難滿(mǎn)足要求。不建議選用膨脹節(jié),盡量用自然補(bǔ)償?shù)姆绞浇鉀Q應(yīng)力問(wèn)題。
另外在計(jì)算中要注意純化系統(tǒng)中薄壁厚管道。在如d/D<=0.5 and that D/T<=100條件下,CAESARII的計(jì)算結(jié)果是可靠,而且是準(zhǔn)確的。
d-分支管的直徑
D-主管的直徑
D-管道直徑
T-管道壁厚
如大口徑薄壁管,分支管接口處,需要采用有限元局部應(yīng)力分析的方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的分析。
目前,國(guó)際上的諸多知名石化工程公司普遍采用美國(guó)PRG-Paulin Research Group公司的FE/PIPE軟件,軟件接口程序配合CAESAR軟件接口程序,完成應(yīng)力分析,使結(jié)果更加準(zhǔn)確真實(shí),保證安全運(yùn)行的同時(shí)還能更好節(jié)約管材。
冷箱內(nèi)部管道,因其特性一般采用耐低溫鋁合金材料。鋁合金材料隨溫度降低其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都有所提高,疲勞特性也有較好體現(xiàn);既不易發(fā)生類(lèi)似碳鋼材料冷脆現(xiàn)象又優(yōu)于不銹鋼的延展性所以被廣泛應(yīng)用于冷箱內(nèi)管道的材料。
板式冷箱上部應(yīng)力分析目前是個(gè)難點(diǎn),單純只考慮冷箱外部很難滿(mǎn)足換熱器管口受力要求。與廠(chǎng)家做好溝通,將換熱器和管道作為一個(gè)整體考慮,這樣的分析結(jié)果才更真實(shí)可靠;也避免不必要的補(bǔ)償。
近些年,空分項(xiàng)目發(fā)展迅速,隨之而來(lái)工廠(chǎng)運(yùn)行中也出現(xiàn)一些問(wèn)題。一些管道設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有得到應(yīng)有的重視,甚至沒(méi)做受力分析,結(jié)果在生產(chǎn)過(guò)程中,管道變形嚴(yán)重,并危及設(shè)備的安全運(yùn)行。所以在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中做好管道的應(yīng)力分析工作,使裝置能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。
[1]唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析.第二版.