延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統的製作方法

2023-06-01 03:13:21 1

延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統，是一種石化塔器運行安全評價軟體，相對與現有的監測和安全評估手段，該系統能夠依據延遲焦化焦炭塔運行數據在線進行監測及安全評估，並在現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於彈塑性損傷失效理論的安全評估方法。該系統將焦炭塔的有限元分析與現有規範的多種評價手段以軟體分析的方式集中體現出來，用戶根據有限元分析結果求出塔體的危險點及危險時段，並在危險點出安裝傳感器以求出其真實受力與溫度載荷，並根據多種失效理論評估方法對焦炭塔進行安全評估，本發明能夠很好地實現延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估。
【專利說明】延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石油化工行業焦炭塔在線監測及安全評估系統，特別涉及延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統。

二、【背景技術】
[0002]從1930年第一套延遲焦化裝置在美國投產和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展。隨著國內外延遲焦化技術的提高，延遲焦化設備的設計製造也日益趨於大型化合理化。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最主要的重油加工手段。
[0003]焦炭塔作為延遲焦化環節的關鍵設備，工況苛刻、塔體內部在工作各階段應力應變複雜多變，且每個工作周期內塔體各部都承受著常溫與高溫的劇烈循環熱衝擊，從而使得焦炭塔在服役期間產生了諸如塔體各塔節形變，裙座處過渡段焊縫、塔節相接處環焊縫及堵焦閥接管部位出現裂紋等問題。
[0004]為了保證焦炭塔在服役期內的正常運行，提高經濟效益，防止事故的發生，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餘壽命的評估進行深入研究。
[0005]目前現有的安全生產規範規定的常規檢驗檢測手段為定期設備停機後對其進行金相檢測、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必須設備定期停機檢查，給我國石油化工行業延遲焦化設備長周期運行帶來困難。
[0006]現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，並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，本發明能夠實現對焦炭塔的在線監測，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，本發明在常規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於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、
【發明內容】

[0008]本發明提供一種延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統，以解決現有技術對焦炭塔離線與停機檢測的問題，完善現有焦炭塔安全評估方法，以及填補現在對焦炭塔安全評估系統的空白。本發明採用的技術方案如下:
[0009]一種延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統，相對與現有的監測和安全評估手段，該系統能夠依據延遲焦化焦炭塔運行數據在線進行監測及安全評估，並在現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於彈塑性損傷失效理論安全評估方法。該系統是由工藝模式和設計模式兩個入口構成，工藝模式由運行工況設置模塊、參數檢查模塊、仿真分析結果展示模塊、塔體三維雲圖顯示模塊、雲圖選擇模塊、關鍵點歷程追蹤模塊和安全評估模塊構成，設計模式由工作區模塊、數值模擬模塊、硬體接口模塊、安全評估模塊、數據模塊和幫助模塊構成，通過工況設置模塊與參數檢查模塊對焦炭塔進行有限元分析，在仿真分析結果展示模塊中查詢危險點與危險時段，在危險點安裝傳感器，採集其危險時間段的溫度與應力值，結合實時測得的真實受力與塔體材料的表徵參數運用安全評估模塊中的經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於彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進行安全評估，以實現對焦炭塔的實時在線監測；
[0010]本發明的進一步改進在於，針對140萬噸/年級延遲焦化焦炭塔獨特設備結構、材料及生產工藝條件進行精確有限元仿真建模，模型假設在進料、進汽和進水過程中塔內介質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，其餘結構尺寸及條件均完全按照塔體實際運行情況輸入系統精確建模，仿真計算確定出工作危險點及工作危險時間段。
[0011]本發明的進一步改進在於，根據計算結果，在危險地處安裝傳感器，採集其危險時段內實時的溫度與應力參數，根據焦炭塔的實時情況進行分析，實現對焦炭塔的在線監測，並根據最新數據對焦炭塔有限元模型進行相應調整更新，以解決焦炭塔離線分析不準確的問題。
[0012]本發明的進一步改進在於在常規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，以實現對焦炭塔更全面的分析。
[0013]有益效果:
[0014]a.本發明採用了在焦炭塔危險點上安裝傳感器，採集其危險時段內的溫度與應力參數，根據焦炭塔的實時情況進行分析，實現對焦炭塔的在線監測，並根據最新數據對焦炭塔有限元模型進行相應調整更新，以解決焦炭塔離線分析不準確且需要停機檢查的問題。
[0015]b.本發明是在常規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，以實現對焦炭塔更全面的分析。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1:系統歡迎界面示意圖。
[0017]圖2:系統工藝模式界面。
[0018]圖3:系統設計模式界面。
[0019]圖4:設計模式工作區模塊菜單。
[0020]圖5:設計模式數值模擬模塊菜單。
[0021]圖6:設計模式硬體接口模塊菜單。
[0022]圖7:設計模式安全評估模塊菜單。
[0023]圖8:設計模式數據模塊帶單。
[0024]圖9:設計模式幫助模塊菜單。
五、具體實施措施
[0025]下面結合附圖對本發明進行詳細的描述，但它們不是對本發明的進一步限制。
[0026]見附圖1的系統歡迎界面示意圖所示，設置了兩個入口:「工藝模式」與「設計模式」。圖2 「工藝模式」適合現場工作人員日常監控使用，圖3 「設計模式」適合精通有限元分析、資料庫管理專業知識的技術人員使用。兩個入口的區別僅在於人機互動界面的設計及功能多寡的使用，背後的技術支持是一致的。
[0027]圖4工作區模塊可以新建工程或打開以保存的工程，圖5作為前處理的數值模擬模塊，建模部分依次需要用戶導入需要研究的塔器(焦炭塔)模型、四種材料屬性，工況部分需要用戶劃分好焦炭塔四種工況下的載荷進行輸入，計算分析部分由用戶檢查計算輸入、設定計算步長、收斂條件運行計算。虛擬傳感器即為關鍵點的設定，用戶追蹤塔體不同位置的參數變化。結果部分將顯示數值模擬部分的數值結果(表格形式)、狀態分布(雲圖形式)。圖6硬體接口模塊為應力/應變片、熱電偶、全站儀等硬體的接入，根據仿真分析結果在危險點出安裝的傳感器將對焦炭塔運行過程中危險時段的溫度與應力等參數進行採集，並返回到該系統內，系統根據真實應力進行安全評估。圖7為後處理的安全評估模塊，綜合了由力學實驗支撐的經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於彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進行安全評估，以及另留有的腐蝕性分析、安定性分析方法。亦可打開實驗報告查看實驗支撐的具體數據，還可查看現行的壓力容器規範，設定生成報告所需的模板，最終生成安全評估報告。圖8數據模塊用於用戶管理多次安全評估所獲結果，使用不同權限對多次運行評估軟體所獲數據進行保存、比對、維護，從中尋找關聯、差異，為工藝改進提供意見。圖9幫助模塊羅列了該軟體的使用方法、理論支持、操作算例供用戶求助查看，還有產品信息、技術支持可供用戶與軟體製作人員聯繫不斷改進該延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統軟體。
【權利要求】
1.一種延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統，相對與現有的監測和安全評估手段，該系統能夠依據延遲焦化焦炭塔運行數據在線進行監測及安全評估，並在現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於彈塑性損傷失效理論安全評估方法，該系統是由工藝模式和設計模式兩個入口構成，工藝模式由運行工況設置模塊、參數檢查模塊、仿真分析結果展示模塊、塔體三維雲圖顯示模塊、雲圖選擇模塊、關鍵點歷程追蹤模塊和安全評估模塊構成，設計模式由工作區模塊、數值模擬模塊、硬體接口模塊、安全評估模塊、數據模塊和幫助模塊構成，通過工況設置模塊與參數檢查模塊對焦炭塔進行有限元分析，在仿真分析結果展示模塊中查詢危險點與危險時段，在危險點安裝傳感器，採集其危險時間段的溫度與應力值，結合實時測得的真實受力與塔體材料的表徵參數運用安全評估模塊中的經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於彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進行安全評估，以實現對焦炭塔的實時在線監測。
2.如權利要求1所述的安全評估系統，工作區模塊可以新建工程或打開已保存的工程，作為前處理的數值模擬模塊，數值模擬模塊的建模部分依次需要用戶導入需要研究的焦炭塔模型、四種材料屬性，數值模擬模塊的工況部分需要用戶劃分好焦炭塔四種工況下的載荷進行輸入，數值模擬模塊的計算分析部分由用戶檢查計算輸入、設定計算步長、收斂條件後運行計算，數值模擬模塊的虛擬傳感器即為關鍵點的設定，用戶追蹤塔體不同位置的參數變化，數值模擬模塊的結果部分將顯示數值模擬部分的數值結果、狀態分布，硬體接口模塊為應力/應變片、熱電偶、全站儀硬體的接入，硬體接口模塊另有實時監控、設置、數據分析作為硬體採集系統的輔助模塊，安全評估模塊綜合了由力學實驗支撐的經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於彈塑性損傷失效理論的評估方法，以及另留有的腐蝕性分析、安定性分析方法，亦可打開實驗報告查看實驗支撐的具體數據，還可查看現行的壓力容器規範，設定生成報告所需的模板，最終生成安全評估報告，數據模塊用於用戶管理多次安全評估所獲結果，使用不同權限對多次運行評估軟體所獲數據進行保存、比對、維護，從中尋找關聯、差異，為工藝改進提供意見；幫助模塊羅列了該軟體的使用方法、理論支持、操作算例供用戶求助查看，還有產品信息、技術支持可供用戶與軟體製作人員聯繫不斷改進該延遲焦化焦炭塔在線監測及安全評估系統軟體。
【文檔編號】G06F19/00GK104318054SQ201410487635
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】楊治國, 伍耐明, 李明震 申請人:北京航空航天大學