焦炭塔应力应变分析

发布时间：2017-09-12 07:37

  本文关键词：焦炭塔应力应变分析

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【摘要】：延迟焦化属于炼厂二次加工方式,其工艺简单,成本低,被广泛应用在重质油的加工中,同时也是提高炼油厂轻质油收率的重要手段。焦炭塔是延迟焦化装置的关键设备。焦炭塔的安全运行是焦化装置稳定运行的前提。本文应用ABAQUS软件,通过子程序的定义对焦炭塔进行了动力学分析并模拟出了焦炭塔工作周期内的温度变化、应力变化。对焦炭塔的动力学分析采用瞬态模态分析。先通过Lanczos求解器提取焦炭塔的前100阶振型,再利用振型叠加法求解结构对载荷的响应。结果表明焦炭塔在x方向上有显著作用的是第8阶模态,在Z方向上有显著作用的是第7阶模态,y方向的响应不明显。在风压作用下,最大节点位移出现在塔体顶部,最大值为0.788mm。在加载与卸载后较短时间段内,结构产生沿载荷方向、频率为10Hz的振动。这是由焦炭塔的固有频率决定的。对焦炭塔的应力分析采用顺序耦合分析,先分别对焦炭塔工作过程中的五个阶段进行温度场分析,五个阶段中焦炭塔的径向温差均较小,为1-4℃,轴向温差则在不同阶段表现出不同的特点：试压阶段和生焦阶段轴向温度分布比较均匀,轴向温差均在10℃左右,油气预热和吹汽阶段塔顶的温度高于塔底,前者轴向温差达51℃,后者轴向温差为18℃；水冷阶段塔体自下而上冷却,存在一个高温度梯度截面,这个截面随着冷焦水的增多而上升,直至整个塔体温度降为80℃左右。几个阶段的应力结果与温度场分布有着密切的关系。试压、油气预热、生焦的初始阶段比较类似,都处于温度上升阶段,最大应力出现在裙座部位,分别为183.6MPa、242.7MPa、250.4MPa,且焊缝处应力大于筒体。吹汽阶段塔体温度下降,焊缝处应力小于筒体应力。水冷阶段的应力分布类似于温度分布,存在一个随冷焦水不断移动的高应力截面。最大应力达400.4MPa,超过了材料的屈服极限,出现了局部塑性变形。这种条件下经过反复循环,会出现“热应力棘轮”现象,塑性变形经过不断积累,最终造成焦炭塔的鼓胀现象。
【关键词】：焦炭塔 动力学分析 温度 热应力 耦合分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE962
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题背景14-18
• 1.1.1 焦炭塔工作特点16-17
• 1.1.2 主要缺陷形式17-18
• 1.2 焦炭塔的研究现状18-19
• 1.3 课题的主要研究内容及创新点19-22
• 1.3.1 主要研究内容19-20
• 1.3.2 创新点20-22
• 第二章 焦炭塔有限元模型的建立22-34
• 2.1 焦炭塔尺寸参数22-26
• 2.1.1 焦炭塔主体结构22-23
• 2.1.2 保温层结构23-24
• 2.1.3 焊缝的处理24-26
• 2.2 模型简化及有限元模型的建立26-30
• 2.2.1 网格模型的建立26-28
• 2.2.2 各部件截面属性的赋予28-30
• 2.3 边界条件讨论30-32
• 2.3.1 几何边界条件30
• 2.3.2 热边界条件30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 焦炭塔动力学分析34-40
• 3.1 动力学分析的数学模型34-35
• 3.1.1 振型φ和固有频率ω34
• 3.1.2 振型叠加法34-35
• 3.2 载荷步的设置35
• 3.3 结果讨论35-38
• 3.3.1 模态分析35-36
• 3.3.2 加载后的结果分析36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 焦炭塔热力藕合分析40-66
• 4.1 热力耦合分析方式40-41
• 4.2 温度场分布41-54
• 4.2.1 试压阶段41-45
• 4.2.2 油气预热阶段45-47
• 4.2.3 生焦阶段47-48
• 4.2.4 吹汽阶段48-50
• 4.2.5 水冷阶段50-54
• 4.3 焦炭塔应力分析54-63
• 4.3.1 材料塑性行为的定义及单元的选取54-55
• 4.3.2 蒸汽预热阶段55-57
• 4.3.3 油气预热阶段57-59
• 4.3.4 生焦阶段59-60
• 4.3.5 吹汽阶段60-62
• 4.3.6 水冷阶段62-63
• 4.4 本章小结63-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 主要的结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 作者和导师简介74-76
• 附件76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：835942