[發(fā)明專利]一種延遲焦化焦炭塔安全評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410487771.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN104318055A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊治國(guó);伍耐明;李明震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石油化工行業(yè)塔體在線監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估方法，特別是大型在建以及新建延遲焦化焦炭塔安全評(píng)估方法。

二、背景技術(shù)

從1930年第一套延遲焦化裝置在美國(guó)投產(chǎn)和1938年第一套水力除焦的延遲焦化裝置誕生以來(lái)，以美國(guó)為首的延遲焦化技術(shù)得到快速發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)外延遲焦化技術(shù)的提高，延遲焦化設(shè)備的設(shè)計(jì)制造也日益趨于大型化合理化。從我國(guó)第一套30萬(wàn)噸/年延遲焦化裝置至2011年的多年發(fā)展，我國(guó)的延遲焦化總加工能力超過1100萬(wàn)噸/年，延遲焦化工藝已成為目前國(guó)內(nèi)最主要的重油加工手段。

焦炭塔作為延遲焦化環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，工況苛刻、塔體內(nèi)部在工作各階段應(yīng)力應(yīng)變復(fù)雜多變，且每個(gè)工作周期內(nèi)塔體各部都承受著常溫與高溫的劇烈循環(huán)熱沖擊，從而使得焦炭塔在服役期間產(chǎn)生了諸如塔體各塔節(jié)形變，裙座處過渡段焊縫、塔節(jié)相接處環(huán)焊縫及堵焦閥接管部位出現(xiàn)裂紋等問題。

為了保證焦炭塔在服役期內(nèi)的正常運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益，防止事故的發(fā)生，就必須對(duì)焦炭塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞失效形式和可靠性分析以及剩余壽命的評(píng)估進(jìn)行深入研究。

目前現(xiàn)有的安全生產(chǎn)規(guī)范規(guī)定的常規(guī)檢驗(yàn)檢測(cè)手段為定期設(shè)備停機(jī)后對(duì)其進(jìn)行金相檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲波無(wú)損探傷、全站儀結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量等。通過以上手段的定期停機(jī)檢驗(yàn)從而做出設(shè)備安全性定性評(píng)估。常規(guī)檢驗(yàn)檢測(cè)手段為周期離線式、定性式材料結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估，不能及時(shí)有效判斷設(shè)備運(yùn)行危險(xiǎn)點(diǎn)，且設(shè)備必須定期停機(jī)檢查，給我國(guó)石油化工行業(yè)延遲焦化設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)困難。

現(xiàn)有評(píng)估方法一般為高溫低周疲勞或蠕變損傷理論，而大型焦炭塔的損傷失效中疲勞損傷與蠕變損傷同時(shí)存在，高溫蠕變恢復(fù)對(duì)塔體結(jié)構(gòu)具有重要影響，并且焦炭塔還同時(shí)存在著彈塑性變形的損傷。但目前對(duì)這些問題的定量研究還比較少，因而在實(shí)際的結(jié)構(gòu)分析中上述效應(yīng)都未加考慮。

因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焦炭塔的在線監(jiān)測(cè)，不需要停機(jī)檢查，對(duì)焦炭塔長(zhǎng)期高效的運(yùn)行帶來(lái)很大益處，同時(shí)，本發(fā)明在常規(guī)評(píng)估手段的基礎(chǔ)上還運(yùn)用了結(jié)合高溫低周疲勞與蠕變的線性耦合評(píng)估方法與基于彈塑性損傷失效理論的評(píng)估方法，對(duì)焦炭塔進(jìn)行了全面的安全評(píng)估。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)焦炭塔離線與停機(jī)監(jiān)測(cè)的問題，完善現(xiàn)有焦炭塔安全評(píng)估方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估方法，相對(duì)與現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估方法，該方法能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運(yùn)行數(shù)據(jù)在線進(jìn)行監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估，并在現(xiàn)有的安全評(píng)估方法中新增加了兩種方法，分別為高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論安全評(píng)估方法和基于彈塑性損傷失效理論安全評(píng)估方法。該方法是根據(jù)對(duì)焦炭塔的精確建模和有限元分析結(jié)果與焦炭塔實(shí)時(shí)采集結(jié)果，運(yùn)用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評(píng)估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論的評(píng)估方法，對(duì)焦炭塔進(jìn)行安全評(píng)估，具體步驟如下：

a、選用Von?Mises當(dāng)量塑性應(yīng)變范圍、當(dāng)量應(yīng)力應(yīng)變值與當(dāng)量應(yīng)力應(yīng)變范圍做為評(píng)估表征參數(shù)；

b、對(duì)所要研究的焦炭塔主體材料進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，采集其表征參數(shù)并分析；

c、根據(jù)所要研究塔體獨(dú)特設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料及生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行有限元仿真建模，模型假設(shè)在進(jìn)料、進(jìn)汽和進(jìn)水過程中塔內(nèi)介質(zhì)周向溫度分布均勻不變，塔壁料位計(jì)、熱電偶等檢測(cè)設(shè)備小開孔忽略不計(jì)，外圍設(shè)備、風(fēng)載與地震載荷不予考慮，其余結(jié)構(gòu)尺寸及條件均完全按照塔體實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行精確建模，并仿真計(jì)算確定出工作危險(xiǎn)點(diǎn)及工作危險(xiǎn)時(shí)間段；

d、根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果在危險(xiǎn)點(diǎn)安裝傳感器，采集其危險(xiǎn)時(shí)間段的溫度與應(yīng)力值；

e、將仿真分析結(jié)果與塔體實(shí)時(shí)狀況對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)得的真實(shí)受力與塔體材料的表征參數(shù)運(yùn)用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評(píng)估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論評(píng)估方法對(duì)焦炭塔進(jìn)行安全評(píng)估，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦炭塔的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；

f、根據(jù)焦炭塔工作過程中采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)焦炭塔有限元模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整更新，并根據(jù)調(diào)整后的有限元模型重新計(jì)算分析，找到新的危險(xiǎn)點(diǎn)與危險(xiǎn)時(shí)段，并對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)整，以采集到最新數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)在線的安全評(píng)估。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：