图 ３ 堆 焊 型 局 部
成 的网格结 构 的局 部放 大图如 图 ６— ９所示 。
４０ ６
化
工 机 械
２ １正 ０１
表 ２ 连 接 处 的 最 大 机 械 应 力 ＭＰ ａ
对 比 可 见 ， 种 连 接 形 式 的 最 大 机 械 应 力 没 各
ｉ 点 ｊ
Ｉ ｌ
规 律 、 歇 式 周 期 性 连 续 生 产 工 艺 ， 载 荷 条 件 复 间 且 杂 ， 容 易 导 致 焦 炭 塔 失 效 。 常 见 的 焦 炭 塔 失 效 很
从裙 座的焊 缝结 构 、 体 结 构 和支 座 结 构 等方 面 整
分 析 总 结 了 焦 炭 塔 裙 座 局 部 结 构 的 处 理 及其 优 化 设 计 方案 。
第 ３ ８卷
第 ４期
化
工
机
械
４７ ５
焦 炭 塔 裙 座 与 简 体 连 接 区 域 应 力 分 析
谈 永 明 邵 东 亮
（ 苏 省 特 种设 备检 验 研 究 院宜 兴 分 院 ） 江
摘 要 以 焦 炭 塔 失 效 的 敏 感 部 位 —— 筒体 与 裙 座 连 接 处 附近 区 域 为研 究 对 象 ， 用 大 型 有 限 元 分 析 采
的 复 杂 性 ， 焦 炭 塔 实 体 模 型 加 以简 化 ： 实 际 模 对 将 型 简 化 为 轴 对 称 几 何 模 型 ； 局 部 模 型 作 为 分 析 取
生 过塔体 与裙 座脱 开 的严 重事 故 ， 因此 ， 国内很多
学 者 对 焦 炭 塔 裙 座 局 部 进 行 了 相 关 研 究 ， 也
ｐ ｅ ｅ ｔ ａ ｍ ｉ ｉ ｕ ｓｒ ｓ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｒ ｓ ｎ ｎ ｍ ｍ ｔｅ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｕ ｒ ｍ ａ — ｌ ｙ ｅ ｉ ｉ ｈ． ｎ ｈ ｔｅ ｓ ｖ ｌ ｅ ｆｏ ｌ ｐ ｗｅ ｄ ｔ ｐ ｓ ｈ ｇ
关 键 词 焦 炭 塔 连 接 区 机 械 应 力 有 限元
中图 分 类 号 Ｔ ０３５ Ｑ ５ ． 文 献标 识 码 Ａ 文章编号 ０ ５ —０ ４ ２ １ ） ４－４ ７０ ２ ４ ６ ９ （ ０ １ ０ ０ ５ —４
焦炭塔 是延 迟 焦 化 装 置 的重 要 设 备 ， 由于 其
的 各 项 属 性 均 取 接 近 ５０Ｃ时 的 值 。 ０ｏ
１ ４ 网 格 划 分 ．
由于塔壁 、 裙座 和保 温层 等大 部 分是 规 则 图 形， 因此 采用映 射网格 划分 。对 于整体 锻件 、 分 部 焊缝 ， 其几 何模 型 不规 则 ， 则采 用 自由网格 划分 。 选 取 Ｐ Ａ Ｅ ２单 元进 行 网格 划分 。各 种 结 构 生 ＬＮ ８
ｌｋ ｈ ｕ ｔｗｅ ｄ ｔ ｐ ｉ ｅ ｔ ｅ ｂ ｔ・ ｌ ｙ ｅ，ｌｐ ｗｅｄ ｔｐ ａ — ｌ ｙ ｅ，ｏ ｅ ｌｙｗｅｄ ｔｐ ｎ ｏａ ｏ ｇｎ ｙ ｅ ｏ ｈ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｓｒｓ ｎ ｅ — ｖ ｒａ ｌ ｙ ｅ ａ ｄ ｔｔｌｆ ｒ ｉｇ ｔｐ ｎ ｔｅ ｍ ｃ ａ ｉａ ｔｅ ｓｉ ｔｎ ｓｔ ｒ ｎａｙ ｅ ｔ ｉ ｗｅ ｅ ａ ｌｚ ｄ ｗｉｈ ＡＮＳ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｔ ｃ ｍｅ ｔｔｐｅｉ ｆｕ ｎｃ ｓ ｔ ｘ ｍａ ｃ ａ ｉａ ｙ ＹＳ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ａｔ ｈ ｎ ｙ ｎ ｅ ｅ ｈｅ ｍａ ｉ ｌｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｓ ａ ｌ ｓｒ ｓ ｉｔ ｔｅ ｓ ｌ ｌ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｕｔ— ｌ ｙ ｅ ａ ｄ ｌｐ— ｌ ｙ ｅ，ｏ ｌ ｏ ｇｎ ｙ ｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｌ ｙ ｗｅｄ ｔｐ ａ ｔ ｅ； ｎ ｏ ａ ｅ ｏ ｂ ｔｗｅｄ ｔ ｐ ｎ ａ ｗｅｄ ｔｐ ｎ ｙ ｆ ｒ ｉｇ ｔｐ ｎ ｖ ｒａ ｌ ｙ ｅ ｃ ｎ
（ ： ２ ～１ ２ ２） １ ７ ３．
图 １ 堆 焊 型 应 力 云 图 ３
［ ］ 贺玲． 型焦炭塔 的结构优 化 ［］ ２ 大 Ｊ ．炼 油 技 术 与 工
程 ，０ ４，４（ ：８～４１ ２ ０ ３ ３） ３ ．
从 以上 ４种 结构 的 Ｖ ｎＭｉ ｓ 效 应力 云 图 ｏ ｓ 等 ｅ 中可 以看 出 ， 大应 力 发生 在 靠近 连 接处 的简体 最
弧过 渡 ， 其应 力值相 对较小 。
３ 结 论
图 １ 煅 焊 型 应 力 云 图 ２
３ １ 连 接 形 式 对 于 最 大 机 械 应 力 的 影 响 并 不 明 ．
显。
３ ２ 从 连 接 处 的 应 力 值 来 看 ， 体 煅 焊 型 和 堆 。 整
焊 型结构 明显好 于 另外 两 种结 构 ， 搭接 型 的应 而
对 于 焦 炭 塔 在 整 个 生 产 周 期 中 的安 全 工 作 和 使 用 寿 命 具 有 至 关 重 要 的 作 用 。 在 全 国 ３ 多 台 焦 炭 ０
笔者 以焦炭 塔失 效 的敏 感部 位—— 简体 与裙 座连 接处 附近 区域 为 研 究 对象 ， 用 大 型 有 限元 采 分析 软件 Ａ Ｓ Ｓ 分 析 和 比较 了 ４种 不 同 的连接 ＮＹ ， 形 式 （ 般 对 焊 型 、 接 型 、 焊 型 和 整 体 煅 焊 一 搭 堆 型 ） 正常操 作 情况 下 对 单一 操 作周 期 的机械 应 在
—
有 明 显 差 距 ， 且 最 大 机 械 应 力 的 位 置 也 并 不 位 而
于连接位 置 。对 于连接处 的最大 机械应力 。各种 结 构均 出现在连接 处的下边 界上 。其 中搭 接型应 力值 最大 ， 一般对焊 型次之 ， 两种结 构都存在 较大
位：
■
的应 力集 中 ； 而对 焊 型和 整体 对 焊 型 由于存 在 圆
表 １ 筒 体 最 大机 械 应 力 ＭＰ ａ
［ ］ 赵 艳梅 ， 国芬 ．焦 炭 塔 裙 座 环 缝 裂 因 及 安 全 分 析 ４ 郑 ［］ Ｊ ．化 工 设备 与管 道 ，０ １３ （ ）３ ３ ． ２０ ，８ ６ ：６～ ７
［］ 韩 玉 梅 ， ５ 肖文 丽 ．一 种 新 型 焦 炭 塔 群 座 结 构 形 式 ［］ ｊ ．石油 化 工 设 备 技 术 ，０ ８ ２ （ ） １ ２ ０ ，９ ２ ：２～ｌ ． ３
（ ｉｘｎ ｒｎ ｈｏ Ｊａ ｇ ｕＰ ｏｉｃ ｐ ｃａ ｑ ｉｍｅｔ ｕ ｅｖｓ ｎＩｓｅｔ ｎ Ｉｓ ｔｔ ，Ｙｎ ｉｇ ２ ４ ０ Ｙｎ ｉｇ Ｂ ａ ｃ ｉｎ ｓ ｒｖｎｅＳ ｅｉｌＥ ｕｐ ｎ ｐ ｒｉｏ ｎｐ ｃ ｏ ｎｔｕｅ ｉｘｎ １ ２ ６，Ｃ ｉａ） ｆ Ｓ ｉ ｉ ｉ ｈｎ
力值 最 高。
３ ３ 焦 炭塔 内的 机 械应 力 幅 值并 不 大 ， 低 于 ． 远 其屈 服强度 。
参 考 文 献
［ ］ 方 子严 ， 士 南 ， 家 顺 等 ．焦 炭 塔 裙 座 焊 缝 区 域 １ 黄 胡 温 度 及 应 力 的测 试 与 分 析 ［ ］ Ｊ ．压 力 容 器 ，９ ２ ９ １９ ，
力 强 度 的影 响 。 １ 有 限 元 建 模
塔在 役运行 过 程 中 ， 座 与塔 体 连 接 处 的环 焊 缝 裙
均 存 在 不 同 程 度 的 开 裂 ， 的 焊 缝 已 穿 透 甚 至 发 有
１ １ 几何模 型简 化 ． 在建立 分 析模 型 前 ， 虑 到建 模 和 分 析计 算 考
有 学 者 认 为 裙 座 结 构 形 式 是 焦 炭 塔 的 设 计 关
的实 体模 型 ； 用部分 裙 座结构 ； 采 将保 温层 视为一 层简 单 的复合 硅酸盐 材料 ， 并且 单独 建模 ； 把焊缝 看成 与母 材性 质 一样 的材 料 来 处理 ； 略热 箱结 省
构 。经过 简化 后 ， 终 确 定焦 炭 塔 的 实 际结 构模 最 型， ４种 结 构 形 式 的 连 接 处 的 局 部 结 构 如 图 １～４
形式 有底部 裙 座 的裂 纹 扩 展 及 开裂 、 塔体 鼓 凸变 形、 塔体 的弯 曲倾 斜 、 体 的摆 动 和 跳 动 、 塔 接管 焊 缝 开裂 、 材料 劣 化 等 。其 中塔 体 与 裙 座 连接 处 的 焊缝 开裂 和 塔 体 鼓 凸 变 形 问题 尤 其 严 重 。 因 此， 研究焦 炭塔 裙 座 与 简体 连 接 区域 的 机械 应 力
所 示
键 。其 中文 献 ［ ］ 出 环 向应 力 、 向应 力 和 ３得 轴
Ｍｉ ｓ 效 应 力 在 筒 体 与 过 渡 段 连 接 焊 缝 附 近 和 ｓ 等 ｅ
过 渡 段 与 裙 座 连 接 焊 缝 附 近 达 到 峰 值 的 结 论 。从
文献 ［ ］ １ 中可 以 看 出 焦 炭 塔 底 部 裙 座 和 筒 体 结 构
［ ］ 李 多 民 ， 晓玲 ．焦 炭 塔 过 渡 段 区 域 的 热 应 力 有 限 ３ 陈 元 分析 ［ ］ Ｊ ．炼 油 与化 工 ，０ ９ ２ （ ） １ ２ ０ ，０ １ ： ９～２ ． ２
与裙 座连 接处的简 体 内壁 上 ， 而并 非处于 连接处 。
４种结构 的最大 应力值见 表 １ ２ 、。
熏 力作 为体 载荷 靠 Ｉ Ｉ 载 荷施 加 到截 面 上
约莉 方向位移
图 ２ 搭 接 型 局 部
图 ５ 机械应 力分析 边界条件 示 意图
１ ３ 材 料 属 性 设 置 ．
本 模 型中塔 体材 料 为 １ ＣＭｏ 裙 座 材料 为 ５ ｒ Ｒ， Ｑ ３ ． 保温层 材料 为复 合硅 酸盐 。材料 属性 的 ２ ５Ａ， 设置方 面考虑 到机械 应力分 析主要 针对正 常生产 状况下 的焦炭 塔 ， 因此 １ Ｃ Ｍ ５ ｒ ｏ材 料 和 Ｑ ３ ２ ５材 料
不 连续 是简 体 与裙 座 连 接 处开 裂 的 主 要 原 因 ， 并
谈 永 明 ， ，９ ４年 ４月 生 ， 程 师 。江 苏 省 宜 兴 市 ， １ ２ ６ 男 １６ 工 ２４ ０