合成氨高温高压管道设计和应力分析.pdf

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第41卷 ,第4期 安 徽 化 工 Vo1.41.No.4 一 2015年 8月 ANHUICHEMICAL INDUSTRY Aug.2015 65 · 化 工设备与 自动化 · 合成氨高温高压管道设计与应力分析 王宏葛,李雪刚,王玉先 (河北正元化工工程设计有限公司,河北石家庄050061) 摘要:合成氨高温高压管道在设计时要合理选材、合理配管。借助应力分析软件分析管道应力、设备管口受力是否安全。根据具体实例应 用CAESARII管道应力分析软件,对合成氨高温高压管道进行应力分析。 关键词:高温高压;管道设计;应力分析 doi:10.3969~.issn.1008-553X.2015.04.024 中图分类号:TQ440.51 文献标识码:A 文章编号:1008—553X(2015)04—0065—03 随着合成氨工艺技术的不断发展,装置能力不断提 2 管道应力分析 高,从8~10万吨 /年发展到单套装置能力达到 18~24 2.1管道应力分析的内容 万吨,年,管径逐渐增大 ,对高温高压管道配管设计的 2.1.1 管道应力分析分为静力分析和动力分析 要求也不断提高,因而需要进行管道应力分析以提高管 我公司应用的是美国鹰图公司的CAESARII管道 系的安全性。尤其是氨合成塔、废热回收器的进出口管 应力分析软件。 道大多处于高温高压状态,在设计时更应重视管材选择 静力分析包括 :(1)计算压力荷载和持续荷载作用 与应力分析。 下的一次应力 ,防止管道塑性变形破坏;(2)计算管道 本文通过石家庄正元化肥新上年产24万吨合成氨 热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次 装置 1废热回收器出口高温高压管道设计及应力分析 应力 ,防止管道疲劳破坏;(3)计算管道对设备管 口的 的实例介绍分析的方法和步骤,提出一些设计与选材的 作用力,保证设备正常运行;(4)计算管道支吊架的受 体会,供同行参考。 力,为支 吊架设计提供依据;(5)计算管道上法兰的受 1高温高压管道设计 力,防止法兰泄漏等。 1.1合理选材 动力分析包括:(1)计算管道 自振频率,防止管道 根据设计温度,考虑管材的抗氢腐蚀性能,通常使 系统共振 ;(2)管道强迫振动响应分析,控制管道振动 用温 度在 250 400oc范 围 内 ,管 材可 以选用 及应力 ;(3)往复压缩机 (泵)气 (液)柱频率分析,防止 10MoWVNb、12SiMoVNb等;使用温度在 180~250oC范 气柱共振;(4)往复压缩机(泵)压力脉动分析,控制压 围内,管材可以选用 15CrMo;大直径管道为保守起见也 力脉动值;(5)地震分析;(6)安全阀泄放分析等。 可 以选用 10MoWVNb、12siMoVNb1【1;使用温度在 0— 2.1.2 管道一次应力和二次应力2[1 180℃范围内,管材可 以选用 20号钢。 一 次应力:管道由于压力、重力与其它外力荷载的 1.2 合理配管 作用所产生的应力,它是平衡外力荷载所需的应力,随 高压管道配管除了与一般管道要求一样,应符合工 外力荷载的增加而增加 。一次应力的特点是没有 自限 艺要求,除了做到安全、经济、便于操作和维修外,在满 性,即当管道内的塑性区扩展达到极限状态,即使外力 足热应力的要求下,管道尽量短,尽量减少弯头个数。一 荷载不再增加,管道仍将产生不可限制的塑性流动,直 般根据设备布置,采用管系重心偏移法设计管道走向, 至破坏。因此,管道设计应首先满足一次应力在许用应 空间各方向分布管道(如图1的管道分布走向)。根据管 力范围内留有一定裕量,以保证管道的安全I生。

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