一種延遲焦化焦炭塔安全評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估方法，相對于現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估方法，該方法能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評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和基于彈塑性損傷失效理論的安全評估方法。此方法主要包括有限元分析和安全評估兩部分。基于ANSYS建模分析軟件的分析結果，找到焦炭塔在工作中的危險點與危險時段，并在危險點處安裝傳感器，采集危險時段內(nèi)危險點的真實受力，運用多種評估方法對焦炭塔進行安全評估，并根據(jù)采集到的最新信息對焦炭塔的有限元模型進行修改，重新計算危險點與危險時段，最終實現(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)控與安全評估。
【專利說明】一種延遲焦化焦炭塔安全評估方法
一、【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油化工行業(yè)塔體在線監(jiān)測及安全評估方法，特別是大型在建以及新建延遲焦化焦炭塔安全評估方法。

二、【背景技術】
[0002]從1930年第一套延遲焦化裝置在美國投產(chǎn)和1938年第一套水力除焦的延遲焦化裝置誕生以來，以美國為首的延遲焦化技術得到快速發(fā)展。隨著國內(nèi)外延遲焦化技術的提高，延遲焦化設備的設計制造也日益趨于大型化合理化。從我國第一套30萬噸/年延遲焦化裝置至2011年的多年發(fā)展，我國的延遲焦化總加工能力超過1100萬噸/年，延遲焦化工藝已成為目前國內(nèi)最主要的重油加工手段。
[0003]焦炭塔作為延遲焦化環(huán)節(jié)的關鍵設備，工況苛刻、塔體內(nèi)部在工作各階段應力應變復雜多變，且每個工作周期內(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。
[0004]為了保證焦炭塔在服役期內(nèi)的正常運行，提高經(jīng)濟效益，防止事故的發(fā)生，就必須對焦炭塔結構進行疲勞失效形式和可靠性分析以及剩余壽命的評估進行深入研究。
[0005]目前現(xiàn)有的安全生產(chǎn)規(guī)范規(guī)定的常規(guī)檢驗檢測手段為定期設備停機后對其進行金相檢測、磁粉檢測、超聲波無損探傷、全站儀結構尺寸測量等。通過以上手段的定期停機檢驗從而做出設備安全性定性評估。常規(guī)檢驗檢測手段為周期離線式、定性式材料結構安全性評估，不能及時有效判斷設備運行危險點，且設備必須定期停機檢查，給我國石油化工行業(yè)延遲焦化設備長周期運行帶來困難。
[0006]現(xiàn)有評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存在，高溫蠕變恢復對塔體結構具有重要影響，并且焦炭塔還同時存在著彈塑性變形的損傷。但目前對這些問題的定量研究還比較少，因而在實際的結構分析中上述效應都未加考慮。
[0007]因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)測，不需要停機檢查，對焦炭塔長期高效的運行帶來很大益處，同時，本發(fā)明在常規(guī)評估手段的基礎上還運用了結合高溫低周疲勞與蠕變的線性耦合評估方法與基于彈塑性損傷失效理論的評估方法，對焦炭塔進行了全面的安全評估。

三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估方法，以解決現(xiàn)有技術對焦炭塔離線與停機監(jiān)測的問題，完善現(xiàn)有焦炭塔安全評估方法，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估方法，相對與現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估方法，該方法能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評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估方法和基于彈塑性損傷失效理論安全評估方法。該方法是根據(jù)對焦炭塔的精確建模和有限元分析結果與焦炭塔實時采集結果，運用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，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估方法，對焦炭塔進行安全評估，具體步驟如下:
[0010]a、選用Von Mises當量塑性應變范圍、當量應力應變值與當量應力應變范圍做為評估表征參數(shù)；
[0011]b、對所要研究的焦炭塔主體材料進行力學試驗，采集其表征參數(shù)并分析；
[0012]C、根據(jù)所要研究塔體獨特設備結構、材料及生產(chǎn)工藝條件進行有限元仿真建模，模型假設在進料、進汽和進水過程中塔內(nèi)介質(zhì)周向溫度分布均勻不變，塔壁料位計、熱電偶等檢測設備小開孔忽略不計，外圍設備、風載與地震載荷不予考慮，其余結構尺寸及條件均完全按照塔體實際運行情況進行精確建模，并仿真計算確定出工作危險點及工作危險時間段；
[0013]d、根據(jù)仿真計算結果在危險點安裝傳感器，采集其危險時間段的溫度與應力值；
[0014]e、將仿真分析結果與塔體實時狀況對比驗證，結合實時測得的真實受力與塔體材料的表征參數(shù)運用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，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估方法對焦炭塔進行安全評估，以實現(xiàn)對焦炭塔的實時在線監(jiān)測；
[0015]f、根據(jù)焦炭塔工作過程中采集到的實時數(shù)據(jù)對焦炭塔有限元模型進行相應調(diào)整更新，并根據(jù)調(diào)整后的有限元模型重新計算分析，找到新的危險點與危險時段，并對傳感器進行調(diào)整，以采集到最新數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)在線的安全評估。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是:
[0017]a.本發(fā)明采用了在焦炭塔危險點上安裝傳感器，采集其危險時段內(nèi)的溫度與應力參數(shù)，根據(jù)焦炭塔的實時情況進行分析，實現(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)測，并根據(jù)最新數(shù)據(jù)對焦炭塔有限元模型進行相應調(diào)整更新，以解決焦炭塔離線分析不準確且需要停機檢查的問題。
[0018]b.本發(fā)明是在常規(guī)的高溫低周疲勞損傷理論與蠕變損傷理論的基礎上，新加入了彈塑性損傷理論和高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論的兩種評估方法，以實現(xiàn)對焦炭塔更全面的分析。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1.技術路線圖

五、【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述，但它們不是對本發(fā)明的進一步限制。
[0021 ] 如圖1所示，此方法主要包括ANSYS仿真分析和安全評估兩部分，對比工作日報表及結構設計圖紙建立實體有限元模型，輸入相關材料的物性參數(shù)，將整個加工過程分為四個過程并加載相應載荷，以或得相應的應力結果，求得焦炭塔運行過程中的危險點與危險時段，在危險點處安裝傳感器，采集危險時段的真實應力與溫度情況。安全評估部分根據(jù)實驗所或得的焦炭塔主體材料的物性參數(shù)和相應理論架構，結合仿真分析結果與危險點處采集的實時數(shù)據(jù)，運用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，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估方法，對焦炭塔進行在線監(jiān)測及安全評估。并根據(jù)實時采集的結果對有限元分析進行相應調(diào)整，求得新的危險點與危險時段，調(diào)整傳感器位置，最終實現(xiàn)對焦炭塔的實時在線監(jiān)測與安全評估。
【權利要求】
1.一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估方法，相對與現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估方法，該方法能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評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估方法和基于彈塑性損傷失效理論安全評估方法，該方法是根據(jù)對焦炭塔的精確建模和有限元分析結果與焦炭塔實時采集結果，運用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，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估方法，對焦炭塔進行安全評估，具體步驟如下: a、選用VonMises當量塑性應變范圍、當量應力應變值與當量應力應變范圍做為評估表征參數(shù)； b、對所要研究的焦炭塔主體材料進行力學試驗，采集其表征參數(shù)并分析； C、根據(jù)所要研究塔體獨特設備結構、材料及生產(chǎn)工藝條件進行有限元仿真建模，模型假設在進料、進汽和進水過程中塔內(nèi)介質(zhì)周向溫度分布均勻不變，塔壁料位計、熱電偶等檢測設備小開孔忽略不計，外圍設備、風載與地震載荷不予考慮，其余結構尺寸及條件均完全按照塔體實際運行情況進行精確建模，并仿真計算確定出工作危險點及工作危險時間段； d、根據(jù)仿真計算結果在危險點安裝傳感器，采集其危險時間段的溫度與應力值； e、將仿真分析結果與塔體實時狀況對比驗證，結合實時測得的真實受力與塔體材料的表征參數(shù)運用經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，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估方法對焦炭塔進行安全評估，以實現(xiàn)對焦炭塔的實時在線監(jiān)測； f、根據(jù)焦炭塔工作過程中采集到的實時數(shù)據(jù)對焦炭塔有限元模型進行相應調(diào)整更新，并根據(jù)調(diào)整后的有限元模型重新計算分析，找到新的危險點與危險時段，并對傳感器進行調(diào)整，以采集到最新數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)在線的安全評估。
【文檔編號】G06F19/00GK104318055SQ201410487771
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】楊治國, 伍耐明, 李明震 申請人:北京航空航天大學