催化裂化烟气管道的有限元分析及优化设计

ansys在管道上的一些应用

炼油技术与工程

２００７年１１月

ＰＥＴＲＯＬＥＵＭＲＥＦＩＮＥＲＹＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

第３７卷第１１期

催化裂化烟气管道的有限元分析及

优化设计

郑斌陆晓峰张国栋周昌玉

南京工业大学机械与动力工程学院（江苏省南京市２１０００９）

摘要：采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ６．４对某炼油厂高温服役的烟气管道进行了数值模拟分析，得到管道服役时的应力、位移和力矩分布图，讨论了导致该管道产生较大变形及力矩的原因，并由此提出了两个改进的技术方案，在分析比较模拟计算结果的基础上确定了最优方案。

关键词：催化裂化装置烟气管道有限元优化设计

催化裂化装置中的再生烟气含有大量可供回收的能量（按原料计约为８００ＭＪ／ｔ）。近年来，大、中型催化裂化装置均采用烟气轮机（以下简称烟机）回收再生烟气的能量。催化裂化烟气管道虽然是整个烟气能量回收系统的辅助设施，但

因，消除安全隐患，本研究采用大型通用有限元软

件ＡＢＡＱＵＳ６．４对某催化裂化装置的烟气管道进

行了数值模拟计算与分析，提出了降低管道应力、

减小变形的合理改进方案。

却是烟机安全、长周期运行的重要保证。

国内外学者对烟气管道做了大量的研究工

作，但大都是对烟气管道及膨胀节、吊架等附件的

设计和选用方法进行探讨ｕ刮，或者对烟机入口和出口管道的安装方法、检查注意事项以及调整方法逐一进行的分析＂Ｊ。也有研究人员对烟气管道进行了腐蚀与失效分析旧ｄ２１。石油大学文联奎Ｈ纠建立了烟机入口管道的力学模型，用自编的有限元程序对管道的热应力和自重应力进行了分析，由计算结果分析了烟机入口管道出现开裂、褶皱现象的原因，并提出了相应的改进措施。马金华等【Ｉ刮针对烟机出口管道中膨胀节的失效，用ＡＮＳＹＳ软件建立了三维有限元实体模型，对其进行了有限元应力计算，且提出了改进建议。总之研究人员大都侧重于研究管道的设计原则、管道和膨胀节的腐蚀原因分析及防腐措施方面，较少涉及管道受力的数值模拟，而没有对在高温下承受外载荷、热膨胀及蠕变作用的整个烟气管道的有限元应力和变形分析的研究。由于长期运行在高温环境下的管道会产生蠕变，伴随着负荷变化和温度波动等现象的发生，管道的受力和变形十分复杂，由此引起的管道泄漏问题成了影响烟机能量回收效率的主要原因之一。为了分析失效原

火药秒烟袋…ｚ…节ｘ…胀节ｒ

．中◆：

■，ｒ

兮＼平衡环型膨胀节

１．

轴向膨胀节１

收稿日期：２００７—０９一１７。

‘

作者简介：郑斌，南京工业大学化工过程机械专业在读硬士研究生。主要从事管道应力分析及流体密封研究工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｒｅｄｚ＠１２６．ｏ％

万方数据　

ansys在管道上的一些应用

一２６一

炼油技术与工程

２００７年第３７卷

离器出口至烟机入口分为６１

３００

ｍｍ和６１

０００

ｍｍ的两个管段；泄漏失效发生在闸阀与管道连

接的法兰接头处。该管道一共有４个弹簧吊架，４个支座。

１．２材料性能参数

管系材料为的密度、线膨胀系数、弹性模量、

泊松比、蠕变参数及其在室温和高温下的力学性能数据均参照文献［１５］选定，列于表１，塑性力学

性能数据见表２。

表１

１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ的力学性能参数

Ｔａｂｌｅ１

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ

表２

１

Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ塑性变形数据

Ｔａｂｌｅ２

Ｐｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ

温度／。Ｃ２０２０６５０６５０应力／ＭＰａ

２４０

５００１６５３５５塑性应变０

０。２

０

０．２

蠕变方程选较常用的形式，以蠕变速率的方

式表示，采用广泛用于描述蠕变第一、二阶段变形的Ｂａｉｌｅｙ．Ｎｏ．ｏｎ公式，即时间硬化的蠕变本构去模拟管道的蠕变变化。通过管道材料的蠕变实验数据拟合出材料蠕变本构方程为：

Ｆ，＝２．４９０８×１０—２２×Ｏ．８ ５１７×ｔ－ｏ ４１１

（１）

式中：８。——蠕变第一、二阶段的应变速率，ｈ～；

矿——应力水平，ＭＰａ；

ｔ一蠕变持续时间，ｓ。

１．３载荷及边界条件的设定

本研究所考虑的载荷因素有管道的自重、内压、温度变化引起的热膨胀、弹簧支吊架的作用

力。另外，由于管道材料在６５０℃温度下会发生

蠕变，所以在管道有限元分析中需要加以考虑，按

照５年一个大修周期，取蠕变时间为５００００

ｈ。

管道的边界条件主要是导向支座、固定支架、

设备连接处，位移约束就施加在支架和管道与设

备连接处。固定支架、管道与设备连接处被当作

固定约束来处理，限制该处节点的全部自由度。

导向支座限制管道竖直方向的位移，即ｙ方向的约束 …… 此处隐藏：5708字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……