一种延迟焦化焦炭塔安全评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估方法，相对于现有的监测和安全评估方法，该方法能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的安全评估方法。此方法主要包括有限元分析和安全评估两部分。基于ANSYS建模分析软件的分析结果，找到焦炭塔在工作中的危险点与危险时段，并在危险点处安装传感器，采集危险时段内危险点的真实受力，运用多种评估方法对焦炭塔进行安全评估，并根据采集到的最新信息对焦炭塔的有限元模型进行修改，重新计算危险点与危险时段，最终实现对焦炭塔的在线监控与安全评估。
【专利说明】一种延迟焦化焦炭塔安全评估方法
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油化工行业塔体在线监测及安全评估方法，特别是大型在建以及新建延迟焦化焦炭塔安全评估方法。
二、【背景技术】
[0002]从1930年第一套延迟焦化装置在美国投产和1938年第一套水力除焦的延迟焦化装置诞生以来，以美国为首的延迟焦化技术得到快速发展。随着国内外延迟焦化技术的提高，延迟焦化设备的设计制造也日益趋于大型化合理化。从我国第一套30万吨/年延迟焦化装置至2011年的多年发展，我国的延迟焦化总加工能力超过1100万吨/年，延迟焦化工艺已成为目前国内最主要的重油加工手段。
[0003]焦炭塔作为延迟焦化环节的关键设备，工况苛刻、塔体内部在工作各阶段应力应变复杂多变，且每个工作周期内塔体各部都承受着常温与高温的剧烈循环热冲击，从而使得焦炭塔在服役期间产生了诸如塔体各塔节形变，裙座处过渡段焊缝、塔节相接处环焊缝及堵焦阀接管部位出现裂纹等问题。
[0004]为了保证焦炭塔在服役期内的正常运行，提高经济效益，防止事故的发生，就必须对焦炭塔结构进行疲劳失效形式和可靠性分析以及剩余寿命的评估进行深入研究。
[0005]目前现有的安全生产规范规定的常规检验检测手段为定期设备停机后对其进行金相检测、磁粉检测、超声波无损探伤、全站仪结构尺寸测量等。通过以上手段的定期停机检验从而做出设备安全性定性评估。常规检验检测手段为周期离线式、定性式材料结构安全性评估，不能及时有效判断设备运行危险点，且设备必须定期停机检查，给我国石油化工行业延迟焦化设备长周期运行带来困难。
[0006]现有评估方法一般为高温低周疲劳或蠕变损伤理论，而大型焦炭塔的损伤失效中疲劳损伤与蠕变损伤同时存在，高温蠕变恢复对塔体结构具有重要影响，并且焦炭塔还同时存在着弹塑性变形的损伤。但目前对这些问题的定量研究还比较少，因而在实际的结构分析中上述效应都未加考虑。
[0007]因此，本发明能够实现对焦炭塔的在线监测，不需要停机检查，对焦炭塔长期高效的运行带来很大益处，同时，本发明在常规评估手段的基础上还运用了结合高温低周疲劳与蠕变的线性耦合评估方法与基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，对焦炭塔进行了全面的安全评估。
三、
【发明内容】
[0008]本发明提供一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估方法，以解决现有技术对焦炭塔离线与停机监测的问题，完善现有焦炭塔安全评估方法，本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估方法，相对与现有的监测和安全评估方法，该方法能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论安全评估方法和基于弹塑性损伤失效理论安全评估方法。该方法是根据对焦炭塔的精确建模和有限元分析结果与焦炭塔实时采集结果，运用经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，对焦炭塔进行安全评估，具体步骤如下:
[0010]a、选用Von Mises当量塑性应变范围、当量应力应变值与当量应力应变范围做为评估表征参数；
[0011]b、对所要研究的焦炭塔主体材料进行力学试验，采集其表征参数并分析；
[0012]C、根据所要研究塔体独特设备结构、材料及生产工艺条件进行有限元仿真建模，模型假设在进料、进汽和进水过程中塔内介质周向温度分布均匀不变，塔壁料位计、热电偶等检测设备小开孔忽略不计，外围设备、风载与地震载荷不予考虑，其余结构尺寸及条件均完全按照塔体实际运行情况进行精确建模，并仿真计算确定出工作危险点及工作危险时间段；
[0013]d、根据仿真计算结果在危险点安装传感器，采集其危险时间段的温度与应力值；
[0014]e、将仿真分析结果与塔体实时状况对比验证，结合实时测得的真实受力与塔体材料的表征参数运用经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，以实现对焦炭塔的实时在线监测；
[0015]f、根据焦炭塔工作过程中采集到的实时数据对焦炭塔有限元模型进行相应调整更新，并根据调整后的有限元模型重新计算分析，找到新的危险点与危险时段，并对传感器进行调整，以采集到最新数据，最终实现在线的安全评估。
[0016]本发明与现有技术相比，其有益效果是:
[0017]a.本发明采用了在焦炭塔危险点上安装传感器，采集其危险时段内的温度与应力参数，根据焦炭塔的实时情况进行分析，实现对焦炭塔的在线监测，并根据最新数据对焦炭塔有限元模型进行相应调整更新，以解决焦炭塔离线分析不准确且需要停机检查的问题。
[0018]b.本发明是在常规的高温低周疲劳损伤理论与蠕变损伤理论的基础上，新加入了弹塑性损伤理论和高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论的两种评估方法，以实现对焦炭塔更全面的分析。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1.技术路线图
五、【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明进行详细的描述，但它们不是对本发明的进一步限制。
[0021 ] 如图1所示，此方法主要包括ANSYS仿真分析和安全评估两部分，对比工作日报表及结构设计图纸建立实体有限元模型，输入相关材料的物性参数，将整个加工过程分为四个过程并加载相应载荷，以或得相应的应力结果，求得焦炭塔运行过程中的危险点与危险时段，在危险点处安装传感器，采集危险时段的真实应力与温度情况。安全评估部分根据实验所或得的焦炭塔主体材料的物性参数和相应理论架构，结合仿真分析结果与危险点处采集的实时数据，运用经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，对焦炭塔进行在线监测及安全评估。并根据实时采集的结果对有限元分析进行相应调整，求得新的危险点与危险时段，调整传感器位置，最终实现对焦炭塔的实时在线监测与安全评估。
【权利要求】
1.一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估方法，相对与现有的监测和安全评估方法，该方法能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论安全评估方法和基于弹塑性损伤失效理论安全评估方法，该方法是根据对焦炭塔的精确建模和有限元分析结果与焦炭塔实时采集结果，运用经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，对焦炭塔进行安全评估，具体步骤如下: a、选用VonMises当量塑性应变范围、当量应力应变值与当量应力应变范围做为评估表征参数； b、对所要研究的焦炭塔主体材料进行力学试验，采集其表征参数并分析； C、根据所要研究塔体独特设备结构、材料及生产工艺条件进行有限元仿真建模，模型假设在进料、进汽和进水过程中塔内介质周向温度分布均匀不变，塔壁料位计、热电偶等检测设备小开孔忽略不计，外围设备、风载与地震载荷不予考虑，其余结构尺寸及条件均完全按照塔体实际运行情况进行精确建模，并仿真计算确定出工作危险点及工作危险时间段； d、根据仿真计算结果在危险点安装传感器，采集其危险时间段的温度与应力值； e、将仿真分析结果与塔体实时状况对比验证，结合实时测得的真实受力与塔体材料的表征参数运用经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，以实现对焦炭塔的实时在线监测； f、根据焦炭塔工作过程中采集到的实时数据对焦炭塔有限元模型进行相应调整更新，并根据调整后的有限元模型重新计算分析，找到新的危险点与危险时段，并对传感器进行调整，以采集到最新数据，最终实现在线的安全评估。
【文档编号】G06F19/00GK104318055SQ201410487771
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】杨治国, 伍耐明, 李明震 申请人:北京航空航天大学