大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法與流程

2023-06-25 22:49:36

本發明屬於化工領域，特別涉及一種大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法。

背景技術：

目前國內規模較大的甲醇裝置合成工序仍然採用國外的工藝包，中間換熱器則是甲醇裝置合成工序中的核心設備之一。與該設備相連的管道的應力分析尤為重要，不僅要使管道滿足應力要求，還要保證中間換熱器的各管口的荷載在許用的範圍內。以前國內外設計的甲醇裝置在對這部分管道進行應力分析時，均採取的是增加彎頭和改變管道走向來增加管道柔性的方法。這種方法雖然能滿足要求，但也存在以下問題：

1、管道走向複雜，佔用較大空間。

2、材料增多，增加成本。

3、安裝難度大，檢修空間狹小，檢修困難。

在甲醇裝置大型化的趨勢下，以上問題的存在，使得與中間換熱器相連管道的應力分析遇到了瓶頸。因此，研究一套獨特的、安全的、穩定可靠的管道應力分析方法，是大型甲醇裝置中管道應力分析工作方面的核心內容。

技術實現要素：

本發明的目的在於：針對上述存在的問題，提供一種能夠使設備和管道布置簡潔，節省管道材料，且能有效的解決管道應力和管口荷載問題，在安全可靠的前提下降低工程成本的大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法，所述中間換熱器通過支座設置在支撐梁上，其特徵在於：所述支座為可滑動結構，所述中間換熱器通過滑動支座可相對於支撐梁產生一定位移，將支撐梁模擬成兩端鉸接的簡支梁，計算出梁的剛度，其中梁的剛度計算公式為：k=48EI/l3，E是彈性模量, I是材料橫截面對彎曲中性軸的慣性矩，l是梁長度，最後，將計算出的梁的剛度帶入到管道應力分析模型中。

本發明所述的大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法，其所述滑動支座包括硬質隔熱塊以及設置在硬質隔熱塊上下端面的上碳鋼板和下碳鋼板，在所述下碳鋼板下方設置有不鏽鋼板，在所述不鏽鋼板下方設置有聚四氟乙烯滑塊，所述聚四氟乙烯滑塊通過底部碳鋼板設置在支撐梁上。

本發明通過對設備支座形式的改進，使中間換熱器能夠按設計需要移動，在一定範圍內釋放邊界條件約束，進而增加管道的柔性，降低管道應力及管口荷載，同時將設備支撐梁的剛度因素考慮到應力分析中，更真實的模擬邊界條件，使結果更加準確，避免因邊界條件取值保守造成浪費。

附圖說明

圖1是本發明中滑動支座的使用示意圖。

圖2是本發明中滑動支座的結構示意圖。

圖3是本發明中支撐梁的示意圖。

圖4是本發明中支撐梁的簡化示意圖。

圖中標記：1為支撐梁，2為滑動支座，3為硬質隔熱塊，4為上碳鋼板，5為下碳鋼板，6為不鏽鋼板，7為聚四氟乙烯滑塊，8為底部碳鋼板。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1和2所示，大型甲醇裝置中間換熱器進出口管道應力分析方法，所述中間換熱器通過支座設置在支撐梁1上，所述支座為可滑動結構，所述中間換熱器通過滑動支座2可相對於支撐梁1產生一定位移，所述滑動支座2包括硬質隔熱塊3以及設置在硬質隔熱塊3上下端面的上碳鋼板4和下碳鋼板5，在所述下碳鋼板5下方設置有不鏽鋼板6，在所述不鏽鋼板6下方設置有聚四氟乙烯滑塊7，所述聚四氟乙烯滑塊7通過底部碳鋼板8設置在支撐梁1上，通過聚四氟乙烯滑塊的設置，降低摩擦係數至0.06，使設備能夠按設計要求滑動，在一定範圍內釋放邊界條件約束，進而增加管道的柔性，而設備的位移能有效吸收管道熱位移，降低管道應力及管口荷載。

如圖3和4所示，設備支持梁在應力分析中通常默認為剛性支撐，在該管道的應力分析中，考慮了設備支撐梁的剛度，根據梁的結構力學原理，將支撐梁1模擬成兩端鉸接的簡支梁，計算出梁的剛度，其中梁的剛度計算公式為：k=48EI/l3，E是彈性模量, I是材料橫截面對彎曲中性軸的慣性矩，l是梁長度，最後，將計算出的梁的剛度帶入到管道應力分析模型中。將設備支撐梁的剛度因素考慮到應力分析中，更真實的模擬邊界條件，使應力分析結果更加準確，避免因邊界條件取值保守造成浪費。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。