加氢裂化装置管系分析

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一 管法兰泄漏分析
管道遍布现代工业领域的物料输送系统，被视为“工厂的血管”。压力管道中 的介质往往具有高温、易燃、易爆、剧毒或强腐蚀性等特点，一旦发生泄漏或爆 炸，会导致灾难性事故，造成重大损失。为此，我国劳动部和国家质量检验检疫 总局先后颁发了《压力管道安全管理与监察规定》和《压力容器压力管道设计单 位资格许可与管理规则》 ，对压力管道的设计、安装和检验质量等提出了具体的 要求。 在化工生产装置中管法兰及垫片、紧固件通称为法兰接头。法兰接头是化工 工程设计中使用极为普遍、涉及面非常广泛的一组零部件，是管件一种，主要管 子与管件、阀门、设备等之间的连接。在试压和生产过程中法兰泄漏是一种最常 见的泄漏。一旦出现泄漏将会给试压工作带来障碍，可能会影响工期，还会给今 后的正常生产造成影响，甚至造成事故发生。 螺栓法兰连接是高温管道系统中管道与管道以及管道与设备之间的主要连 接方式。高温管道系统中，螺栓法兰连接系统除了承受温度、介质压力和螺栓载 荷外，还可能承受由管道系统热变形引起的附加载荷以及其它随机载荷。
前言
本报告源于扬子石化公司 “DC102 加氢裂化装置检修 ” 。加氢裂化反应器 DC102 是加氢裂化装置的关键设备之一，属于三类压力容器。该设备由德国鲁 奇公司设计，日本制钢所制造，中石化二公司安装，于 1989 年 10 月使用。 根据 DC102 的催化剂使用周期，该设备在 2010 年的装置停车大检修期间， 必须对反应器内的催化剂进行更换，并且根据压力容器管路要求，应进行内外部 全面检验。该装置介质为内压 175kg/ cm 2 ，最高工作温度 420 0 C 的氢、油气的易 燃、易爆混合物，系统的泄漏极易引发火灾和爆炸事故。 本文以扬子石化 DC102 加氢裂化装置系统管系为研究对象，分析管法兰泄 漏分析及管道力学行为分析； 基于 ANSYS 软件， 分析螺栓法兰连接的结构强度 和紧密性分析， 研究附加弯矩和轴向力载荷对法兰连接系统的影响，提出相应的 安全操作条件，并制定管系2 月 13 日
目录
前言................................................................................................................................1 一 管法兰泄漏分析......................................................................................................2 1.1 法兰泄漏的成因.............................................................................................. 2 1.2 对垫片和法兰安装要求...................................................................................3 1.3 对管系的柔性设计...........................................................................................3 1.4 试压前的检查...................................................................................................3 二 管道系统有限元分析..............................................................................................4 1 . ANSYS 软件简介...............................................................................................4 2．管系结构介绍...................................................................................................4 3．计算方案...........................................................................................................6 第一节 管路有限元分析.......................................................................................... 7 2.1.1 结构参数........................................................................................................7 2.1.2 当前管路结构分析........................................................................................7 第二节 螺栓法兰有限元分析................................................................................ 10 2.2.1 结构参数......................................................................................................10 2.2.2 结构分析......................................................................................................12 三 管道系统泄漏分析................................................................................................15 第一节 3.1.1 3.1.2 第二节 3.2.1 3.2.2 当前管系泄漏分析.................................................................................... 15 管路应力分析.............................................................................................15 螺栓法兰的应力分析.................................................................................20 预变形管系泄漏分析................................................................................ 27 管路应力分析.............................................................................................27 螺栓法兰的应力分析.................................................................................31
四 管端偏移量对垫片接触应力的影响....................................................................38 4.1 实验设计.........................................................................................................39 4.2 实验分析.........................................................................................................41 五 结论与展望............................................................................................................47 5.1 结论.................................................................................................................47 5.2 展望.................................................................................................................48 参考文献......................................................................................................................49
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1.2 对垫片和法兰安装要求
（1）选择合适的垫片及法兰 在法兰组装之前应先对所有的法兰及垫片进行检查。检查是否与选用的型 号、压力等级、材质相符，并检查法兰及热片的质量是否合格。还应事先对所选 用的法兰及垫片按照管道内介质的特性及操作的情况进行核实， 若发现不合格应 立即更换。 （2）精心组对保证安装质量 a)法兰组对时，一定要认真检查两配对法兰的相对位置精度，如平行度、同 轴度。 若误差超标则予以调整，若强行组对会使一些螺栓随载荷过大易产生较大 变形乃至断裂。 b)在法兰组对之前，要将法兰面清理干净，去掉脏物和残留的旧热片，保证 密封效果。 c)垫片放置时要放正，不得偏斜以保证受压均匀，防 止垫片压偏造成泄漏， 同时也要避免垫片伸入管内而受介质冲蚀。 d)为了使垫片受压均匀，螺栓要对称境分两三次拧紧， 对温度较离的介质 的管法兰除安装时将螺检拧紧外，当物料投用后，还要进行适当的热紧以补偿由 于热膨胀引起的螺检松弛现象。 e)当发现配对法兰之间局部张口过大或法兰产生较大变形、局部翘曲等现象 时应拆下重新组装，使之达到规定误差范围之肉。 （3）任何型式的垫片都应避免多次拆卸、反复压紧 对予不允许随管道一起试压和吹扫的组合件，如调节阀、流量孔板等连接的 垫片，试压前安装要用临时垫片代替；与设备连接的法兰垫片也要用临时垫片， 否则容易造成垫片受损而泄漏。