焦炭塔裙座与简体连接区域应力分析
焦炭塔锥体母材裂纹产生原因分析及预防措施
张玉 福 ，等 ：焦 炭塔 锥体 母 材 裂纹 产 生 原 因分 析及 预 防 措 施
１ ０ ７ ９
存在较大的温差 ， 各自 径 向自由热变形不一致 ，同 时裙座又具有较大的刚度 ， 对筒体将产生一个较大
的刚性约束 ，形成弯 曲拉应力 。沿裙座 的轴 向温差 越大 ，则该应力值也越大。 １ ． ２ 设计结构 （ １ ） 裙座与锥体连接形式 焦炭塔裙 座的连接形式有 ：一般对接 型见 图 ２ （ ａ ） 、搭接型见 图 ２ （ ｂ ） 、堆焊型见图 ２ （ ） 和整体锻焊 珏 ！ Ｊ 田图 ２ （ ｄ ３ ．
图 ３ 裙座与锥体连 接形式图
Ｆｉ ｇ ． ３ Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉｒ ｋ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｅ
２ 防 止措 施
（ １ ）焦 炭 塔运 行 时尽 量 避免 急 冷 急热 温差 热
（ 骤 升 温 和
应力。同时在锥体和裙座连接处 内部增设可拆卸的
化
工
２ ０ １ ３年 ８月
保温结构或增加伴热。尽量减小温度梯度 ，使热应 力 减 至最小 。 （ ２ ） 鉴于裙座与锥体的连接形式选用的是设 计 院 的专利 设计 ，堆焊 圆弧过 渡 型 ，裙座 翻边要 求
Ｒ ＝ ２ ３ ｍ ｍ，板材 压制 厂无 法实 现 ，即使实 现价格 十 分 昂贵 。故 裙 座翻边 进场前 必须 进行 严格 的验 收和
急骤降温两个温度骤变阶段 。故在焦炭塔裙座上开 设柔性槽能够减轻裙座刚度影响，降低裙座角焊缝
处应力。 该现场设置的为 ｕ型槽 （ 图１ ） 。 但在柔性 槽开孔处会产生较大的应力集 中。 柔性槽 的设置主 要应仔细考虑柔性槽 的型式 、设置位置 、槽顶与裙 座焊缝的距离 、柔性槽的长度 、柔性槽的宽度 、柔 性槽沿裙座圆周分布的数量等。黍 』 生 槽如果设置不 当 ，反而会增大应力集 中， 加速开裂现象的出现。 此外 ， ４台焦 炭塔 裙座 圆周 １ ８个 ｕ型槽开 孔处 对应的锥体部位全部为锥体 １ ８条对接焊缝处 。由 于锥体对接焊缝的存在 ， 从而进一步加剧了 ｕ型槽 开孔部位锥体母材处 的应力叠加。
大型延迟焦化装置焦炭塔裙座部位锻焊结构优化
大型延迟焦化装置焦炭塔裙座部位锻焊结构优化李群生【摘要】由于焦炭塔的操作温度很高,且压力和温度皆为循环操作工况,因此低周热疲劳破坏是焦炭塔的主要破坏形式之一,该破坏主要发生在简体下部及简体与裙座的连接处.焦炭塔裙座部位多采用搭接的板焊结构型式,此种结构型式在现场制造难度大,尤其裙座顶部搭接焊接接头的圆滑过渡很难满足图纸中的要求,易留下安全隐患.采用锻焊裙座的技术方案,通过调整裙座部位不同的结构型式,采用有限元方法对该部位在高温等载荷作用下的21个结构模型进行了计算和分析,确定了较为优化的结构设计方案,并提出了设计时需要考虑的问题.推荐裙座锥角应为5°；平台宽度宜为20 mm；温箱高度宜为450 ～ 500 mm.%As coker drum is operated at a high temperature and under cycling pressure and temperature conditions, the low-cycle thermal fatigue failure is one the main damages of coker drum, which is mainly seen at the lower section of cylindrical body and connection between cylindrical body and skirt. Lap joint welding is usually adopted for most of skirts of coker drums. It is difficult in job site fabrication, smooth transition of lap joint welding of top of skirt is difficult to meet the requirements of fabrication drawings, and safety hazard exists. In this paper, on the basis of forge welding, 21 construction models for high temperature and equal loads are calculated and studied with finite element technique through adjustment of different constructions at skirt. The optimized construction design is determined, and unique understanding and necessary consideration are proposed.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷),期】2012(042)002【总页数】6页(P35-40)【关键词】焦炭塔;锻焊裙座;结构优化;应力分析【作者】李群生【作者单位】中国石化集团洛阳石油化工工程公司,河南省洛阳市471003【正文语种】中文近几年来国内延迟焦化装置的规模越来越大，而炼油装置大型化的关键是设备大型化，要实现延迟焦化装置大型化，首先要实现延迟焦化装置中重要设备焦炭塔的大型化。
焦炭塔法兰应力分析计算
第４ ０卷
第 ２期
化
工
机
械
２ ４ １
中要 充分考 虑 制造 的可 行性 。笔者根 据 国 内制 造 厂 的实 际情 况 制定 设 备 制 造 技 术 要 求 ， 其 中包 含 了零部 件 的热 处理 要 求 、 各零 部 件 的加 工 精 度 要 求、 无 损检 测方 法和 范 围 、 内件 组装 要求 及 装配 程 序、 耐压 试 验 步骤 以及 指 标 等 技 术要 求 。通 过 每
一
９ ０年 代末 至今 ， 已有 十几套 国产 苯 乙烯 脱 氢 反应
器 在 生产装 置 中运 行 。第 一 、 二 脱 氢 反 应 器经 历 了十几 年 的运 行 考 核 ， 证 实 安 全 可靠 。为苯 乙烯
成 套技 术 国产 化及 装 置 的大 型 化奠 定 了基 础 ， 为
国家 和石化 企业 节 省 了大 量 投 资 ， 同 时 也 为我 国 自行 设 计 、 制造 高温压 力 容器 提供 了一些 经验 。
２ ． ２ 边 界条件 所施 加 的边 界条件 包括 ： 约 束边 界条件 、 载荷 边界 条件 和接 触边 界条 件 。
由于焦 炭塔 的结 构 、 载荷 及 约 束 均 满 足 周 期
约 束边 界条 件 （ 图４ ） ： 在分 析模 型 顶部 ， 即上
史雨竹 ， 女， １ ９ ９ １年 ４月 生 ， 硕 士 研 究 生 。辽 宁 省 抚 顺 市 ， １ １ ３ ０ ０ １ 。
［ ３ ］ 中 国 石 油 化 工 股 份 有 限 公 司 中 石 化 集 团 上 海 工 程 有 限 公 司． 一 种 管 壳式 换 热 器 的环 形 挡 板 隔 热 结 构 ［ Ｐ ］ ． 中国 ： Ｚ Ｌ ２ ０ ０ ９ ２ ０ ２ ０ ９ ５ ７ ３ ， ２ ０ ０ ９ － ０ ９ － １ １ ． （ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ２ ０７ － ， 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ — １ １ ）
降低塔设备裙座支撑区热应力的有效措施
生 的应力 外 还承 受 温 差 载 荷 产 生 的 热应 力 ， 此 处
应力 状况 比较复 杂 ， 很 多情 况 下 这 ， 连接部位应力水平很高 ， 总应力中 热应力成分所 占的比例较大 ， 有效降低热应力 对 此处总应力的降低有着非常显著的效果 ， 然而降
Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｓ ｔ ｏ Ｒｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｔｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｓ ｋ ｉ ｒ ｔ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ａｒ ｅ ａ ｏ ｆ Ｔｏ ｗｅ ｒ Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
Ｌｉ Ｍｉ ｎ ｇ， Ｌ ｉ ｕ Ｐｅ ｎｇ
（ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ４ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｋ ｉ ｒ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｒ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ
ｍｍ， 壁厚 Ｔ １＝２ ４ ９ ｍｍ； 球 缺 封 头 内半 径 Ｒ ＝ ２ ０ ６ ９ ． ５ ｍｍ， 壁厚 ｒ Ｉ １ ２＝１ ２ ５ ｍ ｍ； 裙 座 上 段 壁 厚 Ｔ ３＝６ ４ ｍｍ， 下 段壁厚 Ｔ ４＝６ ０ ｍｍ； 封 头 母 线 至
焦炭塔裙座隐患分析及整治
外壁 最大 温差 为 ３ ； 给大 温差 为 １９ 。 １
Ｊ 轴 向应 力
ｌ
Ｉ
＼
／
／
根据 我 国有 关科 研 院所及 高等 学校 对 国 内焦 炭塔进 行 的温度 场 、 变 现 场 测 试 及有 限元 计 算 应
图 １ 升温 时塔裙座 焊缝 区域 实际变形与轴 向应力分布
维普资讯
－－—
—
４ － ０－ — —
炼
油
技
术
与 工
程
２ ０ 年第 ３ ０８ ８卷
一
＋ Ｏ２
表 １ 柔性槽 的位 置对槽顶及裙座焊缝处
应 力 强 度 的 影 响
Ｔ ｂ ｅ １ Ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｆ ｘ ｂ ｅ ｇｏ ｖ ’ ｏ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ｌ ｒ ｏ ｅ Ｓ ｐ ｓｔ ｎ ｏ ｕ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓｒｓ ｔ ｅ ｔｐ ｏ ｅｇ ｏ ｖ ｈ ｔ ｓａ ｏ ｆｔ ｒ ｏ ｅ ｅ ｈ ｔ ｈ ｎ ｋ ｒ ｗｅｄ ａ ｄ ｓｉ ｌ ｔ
所示 。
焦 炭塔 的工 作状 况 为有 规 律 的周期 性 间歇式
生产 ， 个 生 产周 期 为 ４ ， 中生 焦 时 间 为 ２ 每 ８ｈ 其 ４
ｈ在 此 期 间塔 顶／ 底 工 作 温 度 保 持 在 ４ ０￣／ ， 塔 １ Ｃ ４５ ， 冷焦 和 除 焦 过 程 中 ， ９ 在 温度 又 逐 渐 下 降 。 在 蒸汽试 压 时 ， 内外 壁 最 大 温 差 为 ５ ； 油 塔 ７ 在 气 预热 时 ， 内外 壁最 大温 差为 ６ ； 塔 ８ 在进 油 时 ， 塔 内外壁 最大 温差 为 ９ ； 给 汽 冷 焦 时 ， 内 ０ 在 塔
焦碳塔裙座柔性结构部位对接焊缝强度及稳定性校核
焦碳塔裙座柔性结构部位对接焊缝强度及稳定性校核镇海炼油化工股份有限公司机动处梁利君摘要：焦碳塔因热疲劳作用.其底封头与裙座的对接埠缝经一段时间运行通常会出现裂纹问遁・经诡査.新型设计中已有企业开始考虑采用多缺口裙座柔性结构形式.但鉴于新设计未见有关标准规定.本文特别在指出高泯设备堀座设计验算式如按JB4710-92设计则需进行修正观点的基础上.来提出焦碳塔多缺口裙座柔性结构对接焊缝强度及稳定性校核修正公式.并通过举例验算.讨论性提出预防焦碳塔裙座开裂的思路。
关键词:焦碳塔裙座柔性结构对接焊缝强度稳定性校核防开裂思路1引言焦碳塔是炼油延迟焦化装置的关键设备之一，由于操作工艺的要求，通常焦碳塔一个生产周期（约48小时）需经历高温到常温的热循环过程。
因热疲劳的作用，焦碳塔经过一段时间的运行普遍会出现如塔体鼓凸变形、裙座与筒体焊缝产生裂纹等问题。
如何预防裂纹的产生或扩展，往往是企业和科研单位热门研究问题之一，近来人们通过对焦碳塔热损伤问题的处置，已把目光转向柔性裙座结构形式，经调查.现设计中已有企业开始考虑采用多缺口裙座柔性结构。
因改进型设计鉴于未见有关规定，作者通过对问题的观察、分析与计算.特在本文里指出高温设备裙座设计验算式需修正的观点，并提出了焦碳塔多缺口裙座柔性结构对接焊缝强度及稳定性校核修正公式，最后通过举例验算，提出如何预防焦碳塔裙座开裂的思路。
2焦碳塔裙座柔性结构的基本形式2.1常见设计中裙座形式与问题焦碳塔直径通常较大，以80x10,吨/年延迟焦化装置为例，其直径通常达到0 6000以上，其封头有时采用如图一所示的数块瓣片拼焊而成。
在通常情况下, 拼焊而成的封头充作焦碳塔类设备底封头时，为避免封头与裙座对接的焊缝与封头上各径向焊缝相交形成“丁”字焊缝，按JB4710-92第5.4条规定：塔壳下封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口（缺口型式及尺寸参见图二和表1）。
图二这样的结构在现场实际表明，尽管焊缝“丁”字口开有缺口，但其结果无论是对筒体约束情况的改善，还是预防裙座焊缝裂纹，所起到的效果并不十分明显。
焦炭塔运行过程热应力有限元分析
焦炭塔运行过程热应力有限元分析张海洪;伍耐明;李佳威【摘要】焦炭塔作为延迟焦化装置的关键设备,在其运行过程中承受着巨大的周期交变温度和循环载荷.研究焦炭塔不同部位应力及同一部位不同时刻应力对焦炭塔安全运行具有重要意义.本研究运用热-结构耦合有限元计算方法,以热分析结果、焦炭塔自重、操作内压、水压等作为载荷对焦炭塔进行了结构场数值计算.研究结果表明:温度梯度所产生的热应力远大于介质重量、自重所产生应力对焦炭塔安全的影响;过渡段热应力变化最复杂,热应力最大;除油气预热阶段外,都有焦炭塔应力最值超过塔体材料的屈服极限从而导致塑性应变的情况;蒸汽冷焦阶段塔体应力变化量最小,给水冷焦阶段对塔体安全运行影响最大.%As the key equipment of delayed coking unit, the coke drum suffers tremendous periodic alternating temperature and cyclic load during operation. The research of stresses on coke drum's different parts and the same part at different time has great significance to the safe operation of coke drum. This study used thermal-structure coupling finite element method, with thermal analysis results, the weight of the coke drum, internal pressure of operation and the water pressure as the loads to conduct structure field numerical calculation of coke drum. The results show that the thermal stress produced by temperature gradient has greater impact on the safety of coke drum than the stress caused by medium weight and gravity. Transition section has the most complex thermal stress change and the largest thermal stress. Besides the oil and gas preheating stage, all exist the stress peaks of coke drum which exceed the material yield limit ofdrum body that results in the plastic strain. Steam coke-cooling stage has the minimum variation of stress on the drum body, and water coke-cooling process has the biggest impact on the safe operation of coke drum.【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2017(042)001【总页数】6页(P43-48)【关键词】延迟焦化;焦炭塔;热应力;热-结构耦合;有限元分析【作者】张海洪;伍耐明;李佳威【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TQ053.5延迟焦化的加工工艺是将重质原料渣油在加热炉管中采用高流速、高热量进行加热处理，当原料渣油在加热炉中达到焦化反应温度后，迅速离开加热炉管，使得焦化反应尚未来得及进行，就通入焦炭塔，在焦炭塔中延迟反应生焦[1-2]。
焦炭塔筒体热应力的理论分析
焦 炭 塔 是 焦 炭 化 工 中的 核 心设 备 ， 是 炼 油 也 厂所有压力容器 中使用环境最恶劣的压力容器之
一
参 数 和 研 究 部 位 的 材 料 相 关 参 数 见 表 ２ ３ ，。
表 １ 焦炭塔研究部位 的基本参数
项 目
。
焦炭塔要完成周期性 的操作 ， 需要反复冷却
和反复加热 ， 载荷也要反复变化 ， 还要承受高压水 冲击等苛刻的操作条件 ， 焦炭塔每天都在多相环 境 中经受严厉 的热循环和压力循环。在这种环境 下 工作 的焦 炭塔 ， 不 了多 久 ， 其焊 缝 附 近就 会 用 在 出现 鼓 胀 ， 时 会 产 生 导 致 焦 炭 塔 失 效 的应 力 。 有 文 中根据焦炭塔 实际的操作工艺 ， 理论计算 了在 各种载荷作用下焦炭塔塔壁径向和轴 向的应力整 体 情 况 ， 析 了各 种 载 荷 对 焦 炭塔 塔 壁 产 生 的应 分 力 的大小 和变形 的影 响 。
１工 艺参数 分析
设计压力／ ａ ＭＰ 最大工作压力／ ａ ＭＰ
设计 温 度／ ℃
工作 温度／ ℃ 焊缝 系数 腐蚀余 量／ ｍ ｍ
塔体 总重量／ ｋ ｇ
简体直径／ ｍｍ
表 ２ 焦炭塔各个生产阶段介质温度
在 进行 焦炭塔 应力 的理 论计 算［１ ， 要 首先 ２时 需 ， ３
壁上产生的热应力的计算公式为［ ６ １ ：
环 向 ：－ ４ Ｏ０＝－ － 轴 向 ： ：± Ｅ Ｔ ａ ｔ５ 进水冷却阶段 ： 塔壁 由３０℃被经过热焦 ３ 层而到达塔 内壁约 ７ ０℃的低温水冷却到常温 ， 选 取材 料 的物性参 数按特 征温度 （３ ＋ ３ ） ＝ ４０ ３０／ ２
２ 塔壁 组合应 力分 析
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成 的网格结 构 的局 部放 大图如 图 ６— ９所示 。
４０ ６
化
工 机 械
２ １正 ０１
表 ２ 连 接 处 的 最 大 机 械 应 力 ＭＰ ａ
对 比 可 见 ， 种 连 接 形 式 的 最 大 机 械 应 力 没 各
ｉ 点 ｊ
Ｉ ｌ
规 律 、 歇 式 周 期 性 连 续 生 产 工 艺 ， 载 荷 条 件 复 间 且 杂 ， 容 易 导 致 焦 炭 塔 失 效 。 常 见 的 焦 炭 塔 失 效 很
从裙 座的焊 缝结 构 、 体 结 构 和支 座 结 构 等方 面 整
分 析 总 结 了 焦 炭 塔 裙 座 局 部 结 构 的 处 理 及其 优 化 设 计 方案 。
第 ３ ８卷
第 ４期
化
工
机
械
４７ ５
焦 炭 塔 裙 座 与 简 体 连 接 区 域 应 力 分 析
谈 永 明 邵 东 亮
（ 苏 省 特 种设 备检 验 研 究 院宜 兴 分 院 ） 江
摘 要 以 焦 炭 塔 失 效 的 敏 感 部 位 —— 筒体 与 裙 座 连 接 处 附近 区 域 为研 究 对 象 ， 用 大 型 有 限 元 分 析 采
的 复 杂 性 ， 焦 炭 塔 实 体 模 型 加 以简 化 ： 实 际 模 对 将 型 简 化 为 轴 对 称 几 何 模 型 ； 局 部 模 型 作 为 分 析 取
生 过塔体 与裙 座脱 开 的严 重事 故 ， 因此 ， 国内很多
学 者 对 焦 炭 塔 裙 座 局 部 进 行 了 相 关 研 究 ， 也
ｐ ｅ ｅ ｔ ａ ｍ ｉ ｉ ｕ ｓｒ ｓ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｒ ｓ ｎ ｎ ｍ ｍ ｔｅ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｕ ｒ ｍ ａ — ｌ ｙ ｅ ｉ ｉ ｈ． ｎ ｈ ｔｅ ｓ ｖ ｌ ｅ ｆｏ ｌ ｐ ｗｅ ｄ ｔ ｐ ｓ ｈ ｇ
关 键 词 焦 炭 塔 连 接 区 机 械 应 力 有 限元
中图 分 类 号 Ｔ ０３５ Ｑ ５ ． 文 献标 识 码 Ａ 文章编号 ０ ５ —０ ４ ２ １ ） ４－４ ７０ ２ ４ ６ ９ （ ０ １ ０ ０ ５ —４
焦炭塔 是延 迟 焦 化 装 置 的重 要 设 备 ， 由于 其
的 各 项 属 性 均 取 接 近 ５０Ｃ时 的 值 。 ０ｏ
１ ４ 网 格 划 分 ．
由于塔壁 、 裙座 和保 温层 等大 部 分是 规 则 图 形， 因此 采用映 射网格 划分 。对 于整体 锻件 、 分 部 焊缝 ， 其几 何模 型 不规 则 ， 则采 用 自由网格 划分 。 选 取 Ｐ Ａ Ｅ ２单 元进 行 网格 划分 。各 种 结 构 生 ＬＮ ８
ｌｋ ｈ ｕ ｔｗｅ ｄ ｔ ｐ ｉ ｅ ｔ ｅ ｂ ｔ・ ｌ ｙ ｅ，ｌｐ ｗｅｄ ｔｐ ａ — ｌ ｙ ｅ，ｏ ｅ ｌｙｗｅｄ ｔｐ ｎ ｏａ ｏ ｇｎ ｙ ｅ ｏ ｈ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｓｒｓ ｎ ｅ — ｖ ｒａ ｌ ｙ ｅ ａ ｄ ｔｔｌｆ ｒ ｉｇ ｔｐ ｎ ｔｅ ｍ ｃ ａ ｉａ ｔｅ ｓｉ ｔｎ ｓｔ ｒ ｎａｙ ｅ ｔ ｉ ｗｅ ｅ ａ ｌｚ ｄ ｗｉｈ ＡＮＳ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｔ ｃ ｍｅ ｔｔｐｅｉ ｆｕ ｎｃ ｓ ｔ ｘ ｍａ ｃ ａ ｉａ ｙ ＹＳ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ａｔ ｈ ｎ ｙ ｎ ｅ ｅ ｈｅ ｍａ ｉ ｌｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｓ ａ ｌ ｓｒ ｓ ｉｔ ｔｅ ｓ ｌ ｌ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｕｔ— ｌ ｙ ｅ ａ ｄ ｌｐ— ｌ ｙ ｅ，ｏ ｌ ｏ ｇｎ ｙ ｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｌ ｙ ｗｅｄ ｔｐ ａ ｔ ｅ； ｎ ｏ ａ ｅ ｏ ｂ ｔｗｅｄ ｔ ｐ ｎ ａ ｗｅｄ ｔｐ ｎ ｙ ｆ ｒ ｉｇ ｔｐ ｎ ｖ ｒａ ｌ ｙ ｅ ｃ ｎ
（ ： ２ ～１ ２ ２） １ ７ ３．
图 １ 堆 焊 型 应 力 云 图 ３
［ ］ 贺玲． 型焦炭塔 的结构优 化 ［］ ２ 大 Ｊ ．炼 油 技 术 与 工
程 ，０ ４，４（ ：８～４１ ２ ０ ３ ３） ３ ．
从 以上 ４种 结构 的 Ｖ ｎＭｉ ｓ 效 应力 云 图 ｏ ｓ 等 ｅ 中可 以看 出 ， 大应 力 发生 在 靠近 连 接处 的简体 最
弧过 渡 ， 其应 力值相 对较小 。
３ 结 论
图 １ 煅 焊 型 应 力 云 图 ２
３ １ 连 接 形 式 对 于 最 大 机 械 应 力 的 影 响 并 不 明 ．
显。
３ ２ 从 连 接 处 的 应 力 值 来 看 ， 体 煅 焊 型 和 堆 。 整
焊 型结构 明显好 于 另外 两 种结 构 ， 搭接 型 的应 而
对 于 焦 炭 塔 在 整 个 生 产 周 期 中 的安 全 工 作 和 使 用 寿 命 具 有 至 关 重 要 的 作 用 。 在 全 国 ３ 多 台 焦 炭 ０
笔者 以焦炭 塔失 效 的敏 感部 位—— 简体 与裙 座连 接处 附近 区域 为 研 究 对象 ， 用 大 型 有 限元 采 分析 软件 Ａ Ｓ Ｓ 分 析 和 比较 了 ４种 不 同 的连接 ＮＹ ， 形 式 （ 般 对 焊 型 、 接 型 、 焊 型 和 整 体 煅 焊 一 搭 堆 型 ） 正常操 作 情况 下 对 单一 操 作周 期 的机械 应 在
—
有 明 显 差 距 ， 且 最 大 机 械 应 力 的 位 置 也 并 不 位 而
于连接位 置 。对 于连接处 的最大 机械应力 。各种 结 构均 出现在连接 处的下边 界上 。其 中搭 接型应 力值 最大 ， 一般对焊 型次之 ， 两种结 构都存在 较大
位：
■
的应 力集 中 ； 而对 焊 型和 整体 对 焊 型 由于存 在 圆
表 １ 筒 体 最 大机 械 应 力 ＭＰ ａ
［ ］ 赵 艳梅 ， 国芬 ．焦 炭 塔 裙 座 环 缝 裂 因 及 安 全 分 析 ４ 郑 ［］ Ｊ ．化 工 设备 与管 道 ，０ １３ （ ）３ ３ ． ２０ ，８ ６ ：６～ ７
［］ 韩 玉 梅 ， ５ 肖文 丽 ．一 种 新 型 焦 炭 塔 群 座 结 构 形 式 ［］ ｊ ．石油 化 工 设 备 技 术 ，０ ８ ２ （ ） １ ２ ０ ，９ ２ ：２～ｌ ． ３
（ ｉｘｎ ｒｎ ｈｏ Ｊａ ｇ ｕＰ ｏｉｃ ｐ ｃａ ｑ ｉｍｅｔ ｕ ｅｖｓ ｎＩｓｅｔ ｎ Ｉｓ ｔｔ ，Ｙｎ ｉｇ ２ ４ ０ Ｙｎ ｉｇ Ｂ ａ ｃ ｉｎ ｓ ｒｖｎｅＳ ｅｉｌＥ ｕｐ ｎ ｐ ｒｉｏ ｎｐ ｃ ｏ ｎｔｕｅ ｉｘｎ １ ２ ６，Ｃ ｉａ） ｆ Ｓ ｉ ｉ ｉ ｈｎ
力值 最 高。
３ ３ 焦 炭塔 内的 机 械应 力 幅 值并 不 大 ， 低 于 ． 远 其屈 服强度 。
参 考 文 献
［ ］ 方 子严 ， 士 南 ， 家 顺 等 ．焦 炭 塔 裙 座 焊 缝 区 域 １ 黄 胡 温 度 及 应 力 的测 试 与 分 析 ［ ］ Ｊ ．压 力 容 器 ，９ ２ ９ １９ ，
力 强 度 的影 响 。 １ 有 限 元 建 模
塔在 役运行 过 程 中 ， 座 与塔 体 连 接 处 的环 焊 缝 裙
均 存 在 不 同 程 度 的 开 裂 ， 的 焊 缝 已 穿 透 甚 至 发 有
１ １ 几何模 型简 化 ． 在建立 分 析模 型 前 ， 虑 到建 模 和 分 析计 算 考
有 学 者 认 为 裙 座 结 构 形 式 是 焦 炭 塔 的 设 计 关
的实 体模 型 ； 用部分 裙 座结构 ； 采 将保 温层 视为一 层简 单 的复合 硅酸盐 材料 ， 并且 单独 建模 ； 把焊缝 看成 与母 材性 质 一样 的材 料 来 处理 ； 略热 箱结 省
构 。经过 简化 后 ， 终 确 定焦 炭 塔 的 实 际结 构模 最 型， ４种 结 构 形 式 的 连 接 处 的 局 部 结 构 如 图 １～４
形式 有底部 裙 座 的裂 纹 扩 展 及 开裂 、 塔体 鼓 凸变 形、 塔体 的弯 曲倾 斜 、 体 的摆 动 和 跳 动 、 塔 接管 焊 缝 开裂 、 材料 劣 化 等 。其 中塔 体 与 裙 座 连接 处 的 焊缝 开裂 和 塔 体 鼓 凸 变 形 问题 尤 其 严 重 。 因 此， 研究焦 炭塔 裙 座 与 简体 连 接 区域 的 机械 应 力
所 示
键 。其 中文 献 ［ ］ 出 环 向应 力 、 向应 力 和 ３得 轴
Ｍｉ ｓ 效 应 力 在 筒 体 与 过 渡 段 连 接 焊 缝 附 近 和 ｓ 等 ｅ
过 渡 段 与 裙 座 连 接 焊 缝 附 近 达 到 峰 值 的 结 论 。从
文献 ［ ］ １ 中可 以 看 出 焦 炭 塔 底 部 裙 座 和 筒 体 结 构
［ ］ 李 多 民 ， 晓玲 ．焦 炭 塔 过 渡 段 区 域 的 热 应 力 有 限 ３ 陈 元 分析 ［ ］ Ｊ ．炼 油 与化 工 ，０ ９ ２ （ ） １ ２ ０ ，０ １ ： ９～２ ． ２
与裙 座连 接处的简 体 内壁 上 ， 而并 非处于 连接处 。
４种结构 的最大 应力值见 表 １ ２ 、。
熏 力作 为体 载荷 靠 Ｉ Ｉ 载 荷施 加 到截 面 上
约莉 方向位移
图 ２ 搭 接 型 局 部
图 ５ 机械应 力分析 边界条件 示 意图
１ ３ 材 料 属 性 设 置 ．
本 模 型中塔 体材 料 为 １ ＣＭｏ 裙 座 材料 为 ５ ｒ Ｒ， Ｑ ３ ． 保温层 材料 为复 合硅 酸盐 。材料 属性 的 ２ ５Ａ， 设置方 面考虑 到机械 应力分 析主要 针对正 常生产 状况下 的焦炭 塔 ， 因此 １ Ｃ Ｍ ５ ｒ ｏ材 料 和 Ｑ ３ ２ ５材 料
不 连续 是简 体 与裙 座 连 接 处开 裂 的 主 要 原 因 ， 并
谈 永 明 ， ，９ ４年 ４月 生 ， 程 师 。江 苏 省 宜 兴 市 ， １ ２ ６ 男 １６ 工 ２４ ０