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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]。
焦炭塔筒体和裙座连接部位热力耦合分析【摘要】本文以中石油独山子石化分公司某焦炭塔的结构和原始操作参数为依据，以焦炭塔筒体和裙座连接部位为研究对象，应用ANSYS和Workbench有限元分析软件建立有限元模型，模拟分析主要操作阶段的瞬态温度场变化及相对应下的热力耦合应力。
结果表明：焦炭塔筒体和裙座连接部位热应力主要由轴向温差变化引起，整个循环周期中的峰值应力均出现在筒体和裙座连接处。
【关键词】焦炭塔Ansys 温度场热-力耦合1 前言焦炭塔是典型的承受复杂热循环载荷的设备，生产过程中温度急剧变化引起的交变热应力是导致设备纹开裂和塔节膨胀的主要原因，其中筒体和裙座连接处焊缝开裂现象尤为严重[1]。
由于焦炭塔的生产环境苛刻，尺寸大，给传统的计算分析方法带来很多的不便。
有限元法是以电子计算机为手段的“电算”方法，它以大型问题为对象，未知数的个数可以成千上万，因而为解决复杂的力学问题提供了一个有效的工具，尤其是热应力分析中的场问题，成了这一领域主要的分析方法。
本文基于有限元理论，应用ANSYS和Workbench有限元分析软件，以中石油独山子石化分公司某焦炭塔结构和原始操作参数为依据，以焦炭塔筒体和裙座连接部位为研究对象，建立有限元模型，模拟焦炭塔主要操作阶段的瞬态温度场，并分析计算瞬态温度变化下的应力分布。
2 建立有限元模型2.1 焦炭塔的结构参数容器规格为：Φ9000×38728mm。
整个筒体由裙座支撑，筒体和裙座为堆焊型连接方式，裙座厚度为26mm，筒体和裙座材质分别为：15CrMoR和Q-235A。
保温层厚度为200mm，材质为复合硅酸盐。
塔内介质对流传热系数在模拟过程中取2500W？m-2？K-1，保温层导热系数取0.117 W？m-1？K-1，空气对流传热系数取12.5 W？m-2？K-1。
2.2 模型建立及网格划分为了便于分析和计算，将焦炭塔实体模型加以简化：忽略所有侧壁接管，将实际模型视为轴对称模型，取焦炭塔关键支撑截面的1/2实际模型进行分析；视保温层为一层简单的复合硅酸盐材料，并单独建模；筒体与裙座之间的焊缝视为裙座材质，省略热箱结构。
收稿日期:2003207221作者简介:杨国义(19652),男,吉林人,高级工程师,工学硕士,从事压力容器标准及技术咨询工作。
文章编号:100027466(2004)0120036203塔式容器整体应力分析及评定杨国义,寿比南,梅林涛(全国锅炉压力容器标准化技术委员会,北京 100029)摘要:从压力容器分析设计的角度详述了塔式容器整体应力分析的过程、方法及评定原则,对一些分析过程中的关键性问题进行了说明,为解决塔器分析设计提供了可供工程参照的方法。
关 键 词:塔器;应力分析;有限元法;强度中图分类号:T Q 0531301 文献标识码:AStress analysis and evaluation for whole vertical slender vesselY ANG G uo 2yi ,SH OU Bi 2nan ,MEI Lin 2tao(China National S tandardization C ommittee on Boilers and Pressure Vessels ,Beijing 100029,China )Abstract :Detail in formation of stress analysis process ,method and evaluation principle for whole slender vessels in the aspect ofpressure vessel analysis design method are given ,s ome key problems in the analysis w orks are als o clarified.The designer can use the same method for the slender vessel analysis design.K ey w ords :slender vessel ;stress analysis ;finite element method ;strength 分析设计方法是通过对所分析的设备在分析载荷作用下产生的应力进行详尽的分类,对不同应力对应的应力强度给予不同许用极限,进而实现设备的有效设计[1],其工程设计的合理性愈来愈受到压力容器行业重视。
摘要:焦炭塔是延迟焦化装置中的标志性设备。
作为原料进行焦化反应的场所，焦炭塔在整个延迟焦化工艺中起着至关重要的作用。
如果焦炭塔出现故障，延迟焦化的整个工艺过程就无法进行，从而间接的影响其他装置的正常生产。
在实际使用过程中，焦炭塔裙座部位最容易出现裂纹，在大多停机检验过程中，裙座裂纹都是最常见的。
研究焦炭塔的裙座，分析裂纹出现的原因，不仅可以为焦炭塔的使用提供理论基础，而且对以后的检验、检修以及保证延迟焦化装置的长周期安全运行都具有重要的指导意义。
关键词:焦炭塔裙座裂纹有限元分析1研究内容2013年，通过对中石油抚顺石化公司石油二厂焦化车间的四台焦炭塔进行现场检验发现，B 塔的裙座部位出现表面裂纹。
具体缺陷部位均在裙座U 型口附近。
裂纹长度为约150mm，距离裙座U 型口开孔边缘约2.7mm 左右。
具体见如下附图：通过对焦炭塔的资料进行审查，我们发现在过去的两年中，另外几台焦炭塔的裙座部位也出现过裂纹。
通过现场测试和试验，我们分析了裂纹形成的原因，并针对这些原因，提出了一些改进措施，从而为焦炭塔的平稳、安全运行提供有效的保障。
2裙座裂纹分析2.1微观组织分析2.1.1金相检验。
采用Leica 金相显微镜对铁素体、珠光体形态和析出相进行观察，对比观察结果后，我们发现：在热处理前和热处理后金相试样的显微组织中都以铁素体和珠光体为主，热处理后的显微组织中珠光体含量相对较少，并且局部有少量球化现象。
几种试样中都没有观察到明显的晶粒粗化和沉淀相析出，球化现象不严重，证明焦炭塔的材质目前能够满足工艺所需要的使用温度和使用环境。
2.1.2光谱分析。
使用直读光谱仪对焦炭塔材质的化学成份进行分析，测试结果表明主要化学成份如下：C：0.15；Si：0.55；Cr：1.23；Mo：0.53；Mn：0.53；Ni；0.15；Cu：0.08。
结果表明，材质的化学成份符合标准GB6654-1996规定，在使用期间未发生明显变化，并未出现脱碳或增碳现象。
四川理工学院（2007 至2008 学年第 1学期）课程名称：化工设备机械基础期末课堂大作业（A ） 命题教师： 适用班级：注意事项：1、 满分100分。
要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。
2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在规定的地方，否则视为废卷。
3、 作业形式为闭卷，作业时间为100分钟。
4、 判断题和选择题一定要将所选答案填入方框中。
试 题一、判断题：(每题1.5分，共计15分，正确的填“T ”，错误的填“F ”)1、 开孔等面积补强设计准则，是说补强面积应等于开孔的圆面积。
2、 螺栓法兰连接结构设计中，螺母材料的硬度应该低于螺栓材料的硬度。
3、 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
4、 在钢号表示方法中，含碳量以平均含量的万分之几表示。
5、 GB151-1999适用于换热器的设计。
6、 欲提高法兰的刚度，则应加大法兰的外径，增加法兰的厚度，减小螺栓力作用的力臂。
7、 随着科学技术发展的趋势，安全系数逐渐变小。
8、 圆筒容器的公称直径是指它的内径。
9、 确定容器压力试验的试验压力时，式中P 应为容器的设计压力或最大允许工作压力 。
10、一台卧式容器有三个鞍式支座，应选一个A 型，两个B 型的。
二、选择题：(每题1.5分，共计15分)1、浮头式换热器,a.完全消除温差应力b.部分消除温差应力c.不能消除温差应力2、一台外压容器直径 1200mm ，圆筒壳长2000mm ，两端为半球形封头，其外压计算长度为a.2000mmb.2400mmc.2600mm3、一个薄壁外压圆筒，按我国容器设计规定进行校核，得知其允许工作外压为2MPa ，则该容器的临界压力cr P 为：a.cr P =2MPab.cr P =4MPac.cr P =6MPa 4、有效厚度一定不小于a.名义厚度b.计算厚度c.设计厚度 5、压力容器元件的金属温度是指该元件的金属的a.表面温度的较高者b.内外表面温度的平均值c.截面温度的平均值 6、在筒体上开椭圆孔，长轴应与筒体轴线a.垂直b.平行c.成45夹角 7、 用抗拉强度规定值下限为MPa b 620=σ材料制造的容器，属于a. Ⅰ类容器b.Ⅱ类容器c.Ⅲ类容器 8、 工程上把i D /δ≤（ ）的圆筒称为薄壁圆筒。
焦炭塔热应力分析计算赵志阳;栾江峰;谢腾腾;崔明吉【摘要】利用ABAQUS软件模拟出了焦炭塔工作周期内的温度变化、应力变化.采用顺序耦合的方法分析焦炭塔所受的热应力.分析从新塔准备直至老塔处理,其中共包括5个工作阶段.结果显示,几个阶段的温度场分布对应力结果有显著影响.试压、油气预热、生焦的初始阶段比较类似,都处于温度上升阶段,最大应力出现在裙座部位,分别为183.6、242.7、250.4 MPa,且焊缝处应力大于筒体.吹汽阶段塔体温度下降,焊缝处应力小于筒体应力.水冷阶段的应力分布类似于温度分布,存在一个随冷焦水不断移动的高应力截面,其中最大应力可达400.4 MPa,已超过了材料的屈服极限,导致筒体出现了局部塑性变形.经反复循环,会引发"热应力棘轮"现象,由于塑性变形的不断积累,故造成焦炭塔的鼓胀现象.%Software ABAQUS was used to simulate the changes of temperature and stress of coke tower in the working period. The sequential coupling method was used to analyze the thermal stress of coke tower. Thermal stress analysis of the five periods was conducted firstly. The results showed that, the temperature field distribution obviously affected the thermal stress results. There was a temperature rising during the period of pressure test, oil preheating and coking, the thermal stress of these three periods was similar, the max stress located in the skirt and the maximum values were 183.6, 242.7 and 250.4 MPa, respectively. The stress of the weld was greater than that of the cylinder. The temperature reduced at the stage of steam blowing, and the stress of the weld was less than that of the cylinder. The stress distribution was similar to the temperature distribution during water cooling. Therewas a high stress gradient section which was moving with the water. The max stress was 400.4 MPa, which exceeded the yield limit of the material to cause the local plastic deformation. Thermal stress ratchet will occur after lots of process cycles. The plastic deformation will accumulate constantly, which can eventually lead to the distortion of the tower.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)009【总页数】4页(P1909-1912)【关键词】焦炭塔;温度;热应力;耦合分析【作者】赵志阳;栾江峰;谢腾腾;崔明吉【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;抚顺远宏石化设备科技开发制造有限公司,辽宁抚顺 113008【正文语种】中文【中图分类】TQ018Abstract:Software ABAQUS was used to simulate the changes of temperature and stress of coke tower in the working period. The sequential coupling method was used to analyze the thermal stress of coke tower. Thermal stress analysis of the five periods was conducted firstly. The results showed that, the temperature field distribution obviously affected the thermal stress results. There was a temperature rising during theperiod of pressure test, oil preheating and coking,the thermal stress of these three periods was similar, the max stress located in the skirt and the maximum values were 183.6, 242.7 and 250.4 MPa, respectively. The stress of the weld was greater than that of the cylinder. The temperature reduced at the stage of steam blowing, and the stress of the weld was less than that of the cylinder. The stress distribution was similar to the temperature distribution during water cooling. There was a high stress gradient section which was moving with the water. The max stress was 400.4 MPa, which exceeded the yield limit of the material to cause the local plastic deformation. Thermal stress ratchet will occur after lots of process cycles. The plastic deformation will accumulate constantly, which can eventually lead to the distortion of the tower.Key words:Coke tower; Temperature;Thermal stress;Coupling analysis延迟焦化属于炼厂二次加工方式，其工艺简单，成本低，被广泛应用在重质油的加工中，同时也是提高炼油厂轻质油收率的重要手段。
- 29 -第11期表1 焦炭塔的基本技术参数焦炭塔强度评定及疲劳剩余寿命评估姬风，王妍玮，邓佳玉，李军，高宇博，李佳阳，曹琳琳，张晶（哈尔滨石油学院， 黑龙江 哈尔滨 150028）[摘 要] 以某炼油厂LD52B2-2B焦炭塔为研究对象，在机械载荷和温度载荷共同作用下的工况下，利用有限元分析软件ANSYS对其进行应力分析与强度评定，各部位均满足强度要求，同时对其最薄弱区域进行疲劳强度评定，通过对剩余寿命评估方法的研究，得到了焦炭塔的最大剩余使用寿命。
[关键词] 焦炭塔；有限元分析；疲劳强度；剩余寿命作者简介：姬风（1986—），男，黑龙江五常人，硕士，助教，在哈尔滨石油学院主要从事力学授课及石化设备的有限元分析工作。
焦炭塔是一种从常温到高温周期性运行的设备，工作中承受的温差应力，是造成焦炭塔失效的主要原因，其表现形式有筒体鼓凸、倾斜、焊缝开裂，尤其是裙座焊缝处经常开裂，在停工检修中和压力容器定期检验中多次发现问题[1-2]。
其中对焦炭塔在温度载荷及机械载荷共同作用下的应力强度分析无法通过理论计算及测量手段得到结果。
因此利用有限元数值模拟对其进行应力强度评定十分必要。
某炼油厂LD52B2-2B 焦炭塔在1990年投入使用，至今已运行25年，其设计使用寿命为30年，实际使用年限已接近设计使用寿命。
因此研究它的疲劳寿命评估方法从而确定剩余寿命，对工程实践具有指导意义。
20世纪60年代，国内采用三维、大变形、弹塑性有限元分析方法对剩余强度进行了评估。
80年代初，国外学者通过有限元方法或塑性极限原则的方法对剩余强度进行了研究，结果具有一定的准确性，但又具有保守性。
不过迄今为止，对焦炭塔剩余寿命仍没有明确的评估方法，因此本文通过对剩余寿命评估方法的研究，得到其最大剩余使用寿命。
1 基本参数及模型建立1.1 焦炭塔基本参数为评价焦炭塔使用的安全性，对其进行应力强度分析及疲劳寿命评估。
表1为该焦炭塔的基本技术参数。
