多段床气化炉高温设备及管道应力分析 多段床气化炉高温设备及管道应力分析

多段床气化炉高温设备及管道应力分析

  • 期刊名字:一重技术
  • 文件大小:528kb
  • 论文作者:叶水祥,赵石军,唐升连
  • 作者单位:一重集团大连设计研究院有限公司
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

10-3969/j.ssn.1673- 3355.2012.05.010多段床气化炉高温设备及管道应力分析叶水祥',赵石军,唐升连2摘要:利用CAESAR II管道应力分析软件对某公司多段分级转化流化床煤气化中试装置核心设备:气化炉、三级旋风分离器、废热锅炉及附属管道进行整体建模与应力分析,比较三种不同管道布置方案的优缺点。按美国ASME B31.3《工艺管道》标准要求及工程实践经验,考虑管道在内压、自重、温度、地震、风载等载荷作用下管道的受力情况,并通过载荷T况的组合作用,得出各个工况下管道的应力分布,确定各弹贷支座的型号,计算管道对设备管口的管道载荷。关键词:煤气化;应力分析;弹簧支座;偶然载荷中图分类号: TQ545文献标识码: B文章编号: 1673-3355 (2012) 05-0016-03Stress Analysis of High Temperature Equipment and Pipe in Multistage Bed GasifierYe Shuixiang,Zhaoshijun, Tang ShenglianAbstract: The pipe stress analysis software CAESARII is used to establish the model to perform the stress analysis on thecore. equipment of the mulistage conversion fnuidized bed coal -gasification pilot plant that is developed by a company:gasifier, triple cyclones and waste heat boiler as well as accessory piplines. The advantages and disadvantage of three dfferentpiping schemes are compared. The stress distribution under different service conditions is obtained on the basis of ASMEB31.3 Process Piping and the experience gained from previous projects and under the consideration of the forces acting on thepipelines under the loads of intemal pressure, dead weigh, temperature, seismic ,wind and etc and by the combination ofdifferent service conditions. With the stress distribution result, the type of spring supports can be determined and the load ofthe pipelines exerting on the nozzle of vessels can be calculated.Key words: coal gasification; stress analysis; spring support; occasional load某公司多段分级转化流化床煤气化中试装置础_上进行改造,受原平台空间限制,设备和管道布核心设备为气化炉、三级旋风分离器、废热锅炉置紧凑,利用CAESAR I管道应力分析软件"对中及附属管道(见图1)。人炉煤从气化炉下部和上试装置核心部分进行整体建模,可分析计算其在内部分别进入,在高温(1 000~1 1009C)下,与气化压和各种载荷作用下的应力分布情况;分析比较管剂进行反应,生成灰渣团聚物和粗煤气。灰渣团系在各种布置方案下的应力水平,为选择最佳方案聚物经渣锁排出气化炉,粗煤气进人三级旋风分提供依据;计算管道对各设备管口的管道载荷,为离器,所夹带的细粉被捕集后经料腿和返料阀门设备设计提供外载;计算弹簀支吊架!21的载荷和位返回气化炉进一步气化。高温煤气经过除尘后,移, 确定弹簧支吊架型号。再进人废热锅炉进行废热回收。2三种方案的比较分析1 CAESAR整体应力分析的目的由于各设备布置紧凑,如何配管使管道既能满由于该多段分级转化流化床煤气化中试装置足工艺要求,又能使管道在各种工况下满足应力强是在原加压灰熔聚流化床粉煤气化中试平台的基度条件是最困难的问题,为此配管工程师提出了三中国煤化工1.一重集团大连设计研究院有限公司助理.程师,辽宁大连166002.一重集团大连设计研究院有限公司高级T程师,辽宁大连16600MYHCNMH G62 ,2012年第5期(总149期)CFHIyz.Ss@chi.com233计算机应用諧蹣動限明a a路 法线雅CFHI TECHNOLOGY132.3 方案三:旋风分离器用弹簧支座在该方案中气化炉和废热锅炉用固定支座支撑4_2在钢结构框架上,三个旋风分离器改用弹簧支座支\0撑,用弹簧支座的变形来吸收热胀量,降低管道应力(见图 2)。142/41一第三旋风分离器; 2- -管道三; 3一管道二;4一管道一;5一第一旋风分离器; 6-- 旋支座; 7- -- -料腿返回管道; 8- 三旋支座;1-第三旋风分离器; 2- 弹簧支座; 3一三旋至废锅管9-第二旋风分离器; 10- 二旋支座; 11一二料腿返回管道; 12-道; 4←废热锅炉; 5一固定支座。气化炉固定支座; 13- -管道四; 14- -废热锅炉; 15一固定 支座。图2方案三:旋风分离器改用弹簧支座结构示意图图1气化炉、 旋风分离器、废锅锅炉及附属管道整体结构示意图该方案虽然结构上较前两个方案复杂,但占用空间小,可以安装在原框架结构上,经过计算后管种配管方案。道应力又能满足应力强度条件,因此该方案切实可2.1 方案一:固定支座加膨胀节行,某公司开发的多段分级转化流化床煤气化中试气化炉和三个旋风分离器都由固定支座支撑在装置正是采用了该种方案。钢结构框架.上,在三级旋风分离器到废热锅炉的长管道上加膨胀节,以吸收由热胀引起的变形量,从3 CAESARI应力分析计算而降低管道应力。该方案的优点是结构简单,安装方便。但因膨3.1管道载荷的确立胀节每隔-段时间就必须更换,所以不利于维护,(1) 计算压力及计算温度且由于管道内壁需敷设耐火及保温层材料,膨胀节气化炉的操作压力为3.0 MPa,气化炉内部的在管系的变形协调中会受拉压作用而发生弯曲,导操作温度约为1200C,但因设备和管道内壁都敷致内壁的耐火材料被破坏,高温介质将直接与金属设有耐火材料,所以管线的计算压力为3.0 MPa,管道接触,致使管道许用应力降低,最终破坏管计算温度为150 C。道。(2)风载荷在CAESARI中用考虑了保温层和风向角的管2.2 方案二:固定支座加“T”形弯管道的暴露面积乘以等效风压和管道的形状系数来得气化炉和三个旋风分离器周支在钢结构框架到风载荷”,用户一般可以用三种方法来计算等效上,在第旋风分离器到废热锅炉的长管道中加入风压。第一种用ASCE7-2005规范进行计算,第二“I”形弯管,用弯管来吸收热胀引起的变形量,种用风压和高度关系表进行计算,第三种用风速和降低管道应力。高度关系表进行计算。单元上总的风力计算公式:该方案同样结构简单,安装方便,但由于受原F=P2SA1)框架空间限制,“II” 形弯管将超出框架并和框架式中,F一单元上总的风力(N); P2-等效风压横梁干涉,因此该方案虽然能满足T艺和应力强度(动中国煤化花节元风形状系数;条件,但却无法在中试装置中实现。TYHCNM HG2012年第5期(总149期)CFHIyzjs @chmi.com一技术eT3rowaaa计算机应用在本项目中由于试验基地的风压随高度的变化根据操作L况和持续工况组合出膨胀工况(EXP) 。关系已经测得(见图3),故使用第二种方法计算(2)偶然载荷工况风压和单元所受的风力,风形系数取0.6。偶然载荷包括风载荷和地震载荷,按照ASMECAESAR IB31.3151的规定,风载荷和地震载荷不考虑叠加,分别与正常运行载荷单独组合。PRESSUREELEVATIOH①风载荷工况KPa.0. 450010. 0000风载荷工况除了自重(W)、位移(D)、 温度0. 513015. 00000. 562520. 0000 I(7)、压力(P)、 弹簧附加力(H) 等载荷分量外,0.639030.0000还包括风载分量,本项目中风载方向由风玫瑰图中0.702040. 0000.751550. 000比例最高的方向确定。0.7965”60. 0000②地震载荷工况.0. 837070. 0000.877580. 000地震载荷工况除了自重(W)、位移(D)、温度(T)、压力(P)、弹簧附加力(H) 等载荷分量图3某基地风压随高 度变化关系表外,还包括X、Y、Z三向地震分量。(3)地震载荷③载荷组合工况.CAESAR I软件对地震载荷H可采用静态计算CAESARII提供的基本工况为持续工况和动态计算两种分析方法,施加静态地震载荷的方(SUS).操作工况(OPE)、 热胀工况(EXP) 和偶法与风载荷类似,地震载荷的大小与单元重量成正然工况(OCC),用户可利用这些基本工况组合出比。本项目采用静态计算方法,地震加速度取0.2go所需的各种. L况,以校核一次应力和二次应力,计算管道上各约束在不同工况下的受力和位移等,具3.2载荷组合工况及计算有极高的灵活性,为用户提供了很大的方便。在CAESAR II中利用工况代数组合可以将基本.④结果分析载荷工况进行组合,形成各种组合工况。通过上述T况组合计算后,从CAESAR I输出(1)正常载荷工况文件中可以得到该中试装置在各个工况下的应力分正常载荷工况应考虑自重(W)、位移(D) 、布、端点位移和约束载荷,通过计算弹簧支座的载温度(T)、 压力(P) 和弹簧附加力(H) 等载荷荷和位移,确定了弹簧支座型号(见表1),从结分量,并由这些载荷分量组合出弹簧工况果文件可以判断,方案三的管道布置是合理的,既(HGR),操作工况(OPE)、 持续工况(SUS), 并满足工艺要求,又满足应力强度条件。表1旋风分离 器弹簧支座选型表位置弹簧型号数量垂直位移(向上)工作载荷 安装载荷 弹簧刚度水平位移 最大高度 最小高度(JB/T 8130.2- 1999(mm)(N)N)(N/cm)第一旋风分离器TD60 F11825.093355514351631744.5482272第二旋风分离器TD90FI 1828.141340403999521162.8018939第三旋风分离器TD60FI 1728.018260373235922563.7376616参考文献4结语川CAESAR I 2011 User's Guide, COADE Eingineering Software, Inc.[2]中华人民共和国机械行业标准,JB/T8130.2-1999, 可变弹簧支由于CAESAR II程序将管线作为梁单元处理网,吊架.与实际情况仍有一-定偏差, 因此该程序只能用于整[3] CAESAR I 2011 Applications Guide, C0ADE Engineering Software,体的受力分析和应力评判,而各个管件的强度是否[4| CAESAR I 2011 Technical Relerence Manual, COADE Engineering满足要求还需进行局部应力分析计算,而且Software, Ine.CAESAR II软件分析只是整个中试装置应力分析的[51 ASME Code for Pressure Piping. B31.3. Process Piping,基础,对于个别危险管件,还需通过有限元计算米[6]唐永进.压中国煤化工国石化出版社, 2003.判断其应力强度条件。收稿日期:|YHCNMH G642012年第5期(总149期)CFyzsGctm.com

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