法蘭寶油煙機(jī)維修(法萊寶抽油煙機(jī)售后服務(wù))

摘要：煙機(jī)入口管道FL104的設(shè)計(jì),包括管道布置、材質(zhì)選擇、管道的支撐、熱補(bǔ)償方案以及應(yīng)力計(jì)算、技術(shù)要求。管道施工后運(yùn)行狀況良好。

關(guān)鍵詞： 應(yīng)力水平 應(yīng)力計(jì)算 流變學(xué) 煙機(jī)入口管道 管嘴受力 補(bǔ)償器

2019年年初,某大型國(guó)企重油催化裂化裝置,煙機(jī)B101入口管道FL104由于管道和補(bǔ)償器多處發(fā)生泄漏,委托我院進(jìn)行煙機(jī)入口管道FL104的更新設(shè)計(jì)。

1、煙氣管道介紹

催化裂化是石油二次加工的主要方法之一,在高溫和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹狻⑵汀⒉裼偷犬a(chǎn)品。其中的催化劑再生過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的熱量存在于再生煙氣中,將再生煙氣引入煙氣輪機(jī)(煙機(jī))回收其壓力能和熱能帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)做功,達(dá)到能量回收的目的。

煙機(jī)是催化裂化裝置能量回收單元的核心設(shè)備,煙機(jī)在高溫及催化劑粉塵的煙氣中工作,轉(zhuǎn)速高達(dá)6000～7000r/min,因此煙機(jī)管口的受力要求極為嚴(yán)格,NEMASM23《機(jī)械傳動(dòng)用汽輪機(jī)》(美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))中對(duì)煙機(jī)管口荷載有明確的規(guī)定。

本次設(shè)計(jì)的煙機(jī)入口管道FL104:介質(zhì)為再生煙氣,操作溫度680℃,操作壓力～0.3MPa。再生煙氣經(jīng)三旋分離催化劑顆粒后進(jìn)入煙機(jī)。此次設(shè)計(jì)要求改善管道的應(yīng)力水平,滿足煙機(jī)管口受力要求。

2、煙氣管道材質(zhì)選擇

煙氣操作溫度680℃,為防止煙氣中攜帶的催化劑顆粒損壞葉片,煙氣管道不得采用帶襯里的冷壁設(shè)計(jì)(襯里管道),不銹鋼材質(zhì)既抗高溫又耐煙氣酸性腐蝕。原來(lái)設(shè)計(jì)的管道材質(zhì)是0Cr19Ni9(即S30408),這次設(shè)計(jì)選用07Cr17Ni12Mo2Ti(即S31609),從化學(xué)成分和許用應(yīng)力比較兩者間的差別如表1所示。

表1奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分如下(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

表中數(shù)據(jù)引自GB/T24511《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》。比較S30408與S31609的化學(xué)成分,S31609中增加了Mo元素。而Mo元素除了可提高鋼的抗蝕性能外,更是提高鋼材熱強(qiáng)性最有效的合金元素。

奧氏體不銹鋼最大作用應(yīng)力見(jiàn)表2。

表2奧氏體不銹鋼在各溫度(℃)下的最大許用應(yīng)力(MPa)

表2中數(shù)據(jù)引自《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第II卷—材料D篇性能》。比較S30408與S31609的許用應(yīng)力,在溫度680℃下S31609具有更高的許用應(yīng)力。材料能承受更大的荷載、更高的應(yīng)力。因此也更安全。

3、煙氣管道的布置

管道布置依據(jù)設(shè)備平面布置確定。本次設(shè)計(jì)三旋CY102和煙機(jī)BE101的位置不變,管道的走向不變。管道平豎面布置圖詳見(jiàn)圖1。

圖1管道平豎面布置圖

圖中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)號(hào)如下:

節(jié)點(diǎn)10為三旋出口管嘴;節(jié)點(diǎn)40.41為EJ1膨脹節(jié)1;

節(jié)點(diǎn)30為彈簧支架;節(jié)點(diǎn)55.56為EJ2膨脹節(jié)2;

節(jié)點(diǎn)65為導(dǎo)向支架;節(jié)點(diǎn)70.71為EJ3膨脹節(jié)3;

節(jié)點(diǎn)75.120為擺式支架;節(jié)點(diǎn)130.140為EJ4膨脹節(jié)4;

節(jié)點(diǎn)90為彈簧吊架;節(jié)點(diǎn)150.160為滾動(dòng)支架;

節(jié)點(diǎn)170為煙機(jī)入口管嘴;

4、管道的支撐

管道支撐仍采用原來(lái)的設(shè)計(jì)方案。

1)豎管上設(shè)彈簧支架承受豎管重量,降低管道對(duì)三旋的作用力。彈簧支架生根于三旋(生根處初始位移4mm↑)。

2)水平管道上設(shè)置導(dǎo)向支架,減少或消除煙機(jī)管口的側(cè)向力和力矩。

3)在高溫平板閘閥和電液高溫蝶閥兩側(cè)設(shè)置中心支撐的擺式支架。

4)煙機(jī)入口附近設(shè)置中心支撐的可調(diào)式滾動(dòng)支架。

5)為避免焊接應(yīng)力,支架與管道之間采用套筒結(jié)構(gòu),不直接焊接。

本次設(shè)計(jì)在高溫平板閘閥和電液高溫蝶閥之間增加了1個(gè)彈簧吊架,減輕了閥門(mén)兩側(cè)擺式支架的荷載,詳見(jiàn)圖1。

5、管道熱補(bǔ)償方案

管材S31609在680℃溫度下的熱膨脹量12.47mm/m,管道L豎向=17.4m,豎向(Y)膨脹量:17.4×12.47=217mm;L水平=19.6m,水平方向膨脹量:19.6×12.47=244mm。為吸收管道的熱漲量,減少熱態(tài)時(shí)作用在煙機(jī)入口管嘴上的力和力矩,本次設(shè)計(jì)采用了如下的熱補(bǔ)償方案:

1)仍然采用三鉸鏈布置,利用3個(gè)單式鉸鏈型補(bǔ)償器的角變形來(lái)吸收管道的熱膨脹量,補(bǔ)償器在管道上的位置不變,詳見(jiàn)圖1所示。

鉸鏈型補(bǔ)償器最關(guān)鍵的是補(bǔ)償器的彎曲剛度。補(bǔ)償器的彎曲剛度越小,變形后的反力越小,煙機(jī)入口管嘴的推力越小。補(bǔ)償器樣本上有滿足溫度壓力要求的特定型號(hào),對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償器彎曲剛度可以輸入CAESARII管道應(yīng)力分析軟件,查看計(jì)算結(jié)果,并依據(jù)NEMASM23中煙氣輪機(jī)管嘴受力的要求來(lái)反選補(bǔ)償器的剛度。

2)本次設(shè)計(jì)中在水平管段靠近煙機(jī)入口增加了一個(gè)復(fù)式萬(wàn)向鉸鏈型補(bǔ)償器,吸收管道的橫向位移以降低管道安裝偏差而產(chǎn)生的彎矩。

3)經(jīng)過(guò)計(jì)算,本次設(shè)計(jì)補(bǔ)償器的選型和具體參數(shù)如下(補(bǔ)償器波殼:Inconel625)。

EJ1:WSH560.3542100彎曲剛度5620N.m/°,最大角位移±2°,接管316H?∮1?420X12。

EJ2:WSH560.3562290彎曲剛度:3750N.m/°,最大角位移±5°,接管316H?∮1?420X12。

EJ3:WSH480.3541820彎曲剛度:4790N.m/°,最大角位移±5°,接管316H?∮1?220X10。

EJ4:WCU480.352X22000橫向剛度:458N/mm最大橫向位移103mm,接管316H?∮1?220X10。

4)為了減少鉸鏈型補(bǔ)償器的角位移,延長(zhǎng)補(bǔ)償器的使用壽命,采取了冷態(tài)預(yù)變形措施(即冷緊措施),分別在Y向和Z向?qū)嵤├渚o,冷緊量取Y向和Z向的熱漲量的約二分之一,即豎管預(yù)拉107mm,水平管上預(yù)拉140mm,這樣鉸鏈型補(bǔ)償器的冷態(tài)預(yù)變形角度與熱態(tài)變形角度大致相等方向相反。詳見(jiàn)圖2圖3。

圖2冷態(tài)預(yù)變形圖

圖3熱態(tài)預(yù)變形圖

6、管道應(yīng)力計(jì)算

運(yùn)用CAESARII2013應(yīng)力分析軟件,詳細(xì)計(jì)算管道應(yīng)力以及管道對(duì)煙機(jī)的荷載和作用力。

滿足管道的安全性應(yīng)保證以下幾個(gè)方面:

1)管道的一次應(yīng)力不得大于其最高設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力;

2)管道的二次應(yīng)力不超過(guò)其最高設(shè)計(jì)溫度下的熱脹許用應(yīng)力范圍;

3)煙機(jī)管嘴所受作用力滿足NEMASM23中對(duì)汽輪機(jī)管嘴受力的規(guī)定,包括兩個(gè)部分:

(1)單一管道作用于煙機(jī)輪機(jī)管嘴的力和力矩應(yīng)滿足條件(英制單位):

3F+M≤500D(used)

(2)合力和合力矩應(yīng)滿足條件(英制單位,本次設(shè)計(jì)忽略):

2FC+MC=250DC且

SFX≤50DCSFY≤125DCSFZ≤100DC

SMX≤250DCSMY≤125DCSMZ≤125DC

6.1建立管道模型

節(jié)點(diǎn)號(hào)詳見(jiàn)圖1。輸入節(jié)點(diǎn)信息時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)三旋管口的輸入:三旋管口在熱態(tài)時(shí)有設(shè)備本體產(chǎn)生的熱漲量稱為管口初始位移。三旋裙座部分碳鋼平均溫度47℃,三旋本體襯里碳鋼冷壁溫度120℃,三旋煙氣抽出管口S31609熱壁溫度680℃,計(jì)算得三旋綜合位移為(0,12.1,16.3)。

三旋設(shè)備直接作為管單元輸入也可以,會(huì)得到一致的結(jié)果。

(2)煙機(jī)管口的輸入:煙機(jī)入口機(jī)殼中心軸線上有固定支撐,取此處為固定節(jié)點(diǎn),管道對(duì)此節(jié)點(diǎn)的作用力即為管道對(duì)煙機(jī)的作用力。

(3)單式鉸鏈型補(bǔ)償器的輸入:用一軸向剛度、橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度無(wú)窮大的零長(zhǎng)度補(bǔ)償器來(lái)輸入,彎曲剛度按樣本輸入,同時(shí)輸入約束,約束的作用線總是垂直于鉸的軸向,沒(méi)有盲板力;

(4)復(fù)式萬(wàn)向鉸鏈型補(bǔ)償器的輸入:按有限長(zhǎng)度波紋補(bǔ)償器模擬,橫向剛度按樣本輸入,其余剛度取無(wú)窮大,沒(méi)有盲板力。

(5)冷緊點(diǎn)的輸入:選擇軟件庫(kù)中的18號(hào)材質(zhì)CUTSHORT(COLDSPRING),程序?qū)⒆孕刑幚砝渚o。

6.2運(yùn)行錯(cuò)誤檢查、編輯管系的載荷工況后運(yùn)行程序

6.3解讀應(yīng)力分析報(bào)告

(1)管道一、二次應(yīng)力分析結(jié)果報(bào)告見(jiàn)表1。

表1管道一、二次應(yīng)力分析結(jié)果報(bào)告表

靜力分析報(bào)告顯示:管道一次應(yīng)力、二次應(yīng)力合格。

(2)節(jié)點(diǎn)約束荷載報(bào)告見(jiàn)表2。

表2節(jié)點(diǎn)約束荷載報(bào)告表

約束報(bào)告中節(jié)點(diǎn)170的約束載荷(力和力矩),反映了管道對(duì)煙機(jī)管口的作用。啟動(dòng)程序中的NEMASM23分析模塊。結(jié)合業(yè)內(nèi)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),管嘴受力校核取標(biāo)準(zhǔn)允許值的1.85倍,將節(jié)點(diǎn)170的約束載荷導(dǎo)入,分析報(bào)告詳見(jiàn)表3。

表3NEMASM23分析報(bào)告表

NEMASM23分析報(bào)告顯示:煙氣輪機(jī)管嘴受力合格。

7、技術(shù)要求

對(duì)管道的施工、保溫材料、焊縫驗(yàn)收等作出技術(shù)要求,保證設(shè)計(jì)成品的質(zhì)量:

1)管道為改善應(yīng)力狀況應(yīng)盡量減少焊縫。

2)水平段管道應(yīng)從煙機(jī)入口開(kāi)始向外施工,使最后一道焊口盡量遠(yuǎn)離煙機(jī)。

3)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求留出預(yù)拉口,加臨時(shí)連接件固定,并拆除膨脹節(jié)裝運(yùn)螺栓、彈簧支吊架和擺式支架定位銷后,再進(jìn)行管道的預(yù)拉組對(duì)焊接。

4)按設(shè)計(jì)要求調(diào)整擺式支架的角度及其下部的導(dǎo)向板間隙。

5)安裝吊架時(shí),吊架預(yù)變形3°(偏向三旋方向),以減少后續(xù)管道預(yù)拉對(duì)吊架的偏轉(zhuǎn)。

6)管道施工完畢后,松開(kāi)煙機(jī)入口法蘭,在自由狀態(tài)下檢查管道對(duì)中情況。

7)圖中所有焊縫除注明外,均需連續(xù)焊且焊腳高度等于較薄件厚度。

8)管道保溫按SH3010《石油化工設(shè)備和管道隔熱技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行施工及驗(yàn)收,保溫材料密度應(yīng)不大于200kg/m3,要求氯離子含量小于25×106。

9)管道所有焊縫應(yīng)按GB50236《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行100%射線探傷,射線探傷II級(jí)合格,管道不做水壓試驗(yàn)。

10)管道按GB50235《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行施工及驗(yàn)收。

8、運(yùn)行情況

2019年4月,煙機(jī)入口管道FL104施工后開(kāi)工運(yùn)行。

6月初,因補(bǔ)償器廠家提供的導(dǎo)流筒壁厚不足,靠近煙機(jī)入口的補(bǔ)償器導(dǎo)流筒脫落,經(jīng)過(guò)加厚并且加固后,煙機(jī)重新開(kāi)機(jī)運(yùn)行,狀況良好。

2020年2月,因生產(chǎn)計(jì)劃煙機(jī)暫停,對(duì)管道、焊縫、補(bǔ)償器等全面進(jìn)行了檢查,一切正常。

從運(yùn)行情況以及檢查情況可以看出,本次設(shè)計(jì)符合預(yù)定目標(biāo)。

9、結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)結(jié)合運(yùn)行狀況,總體良好,仍有一些不足之處,總結(jié)如下:

1)煙機(jī)入口應(yīng)保證足夠長(zhǎng)的直管段,穩(wěn)定煙氣狀態(tài),由于場(chǎng)地的限制無(wú)法做到。

2)由于供貨的波紋管補(bǔ)償器的導(dǎo)流筒壁厚不足,導(dǎo)致煙機(jī)受損。應(yīng)提醒廠家煙氣流速高,應(yīng)采取必要措施應(yīng)對(duì)。