Введение к работе
\ 5> \ D 6
Актуальность работы. Нагрев или разложение сырья в процессах нефтепереработки и нефтехимии происходит в трубчатых печах различной конструкции. Поэтому практически каждая технологическая установка имеет в своем составе печи, которые можно разделить на нагревательные и крекинговые. Одной из разновидностей крекинговых печей является пиролизная печь, которая эксплуатируется в наиболее жестких температурных условиях. Наибольшее распространение пиролиз получил для подготовки сырья при получении полиэтилена, полипропилена и некоторых других полимеров. В зависимости от используемого сырья процесс пиролиза может протекать при температурах 600 - 950 С. Верхний предел температур создает сложные условия для функционирования трубчатого змеевика в связи с тем, что реальные условия эксплуатации отдельных труб могут различаться в связи с их расположением относительно горелок. При этом имеет место неравномерное отложение кокса на внутренней поверхности, как по периметру, так и по длине трубы.
Изучение в течение длительного времени характера деформирования труб змеевиков пиролизных печей показывает, что на начальном этапе функционирования имеют место общая и локальная потери устойчивости формы оболочки. Дефектные места во время ремонтных работ удаляются и вместо них вставляются «катушки» из новой трубы. Постепенно удельный вес дефектов типа трещин возрастает и, как правило, эти дефекты возникают в сварных швах. Отмечено, что, поскольку основным видом ремонта дефектных участков является вырезка части труб и замена их на новую с помощью сварки, количество сварных соединений растет по параболической зависимости. Механизм появления трещин до конца не ясен. В качестве гипотез рассматриваются следующие причины: концентрация напряжений в зоне соединения труб с различной толщиной стенки вследствие высокотемпературного утонения и геометрической неоднородности
і 1-ОС. НАЦИОНАЛЬНА*]
і БИБЛИОТЕКА |
J С.Петербург fl у *
S ._ 09 300J wnfyOJ- \
соединения; деформации при паровыжиге кокса, отложившегося на внутренней поверхности труб; внутренние напряжения вследствие различия структуры соединяемых сваркой труб. Определение механизмов деформирования труб змеевика и совершенствование методов их расчета на прочность с учетом реальных нагрузок являются актуальными.
Решению этих задач посвящена настоящая работа, которая выполнялась в соответствии с программой "Научные исследования высшей школы в области производственных технологий" Министерства образования РФ (2000 г.); Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан "Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологий" (1999-2002 гг.); Федеральной целевой программой "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 2000-2002 годы» (ФЦП "Интеграция" по государственному контракту № 28 "Создание совместного учебно-научного центра "Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа").
Цель работы. Совершенствование методов расчета и ремонта змеевика печи пиролиза углеводородов как сварной конструкции.
Задачи исследования
1 Изучение характера распределения механических свойств в зонах
сварных соединений с различным уровнем накопленных повреждений.
-
Изучение влияния геометрической неоднородности соединения труб и изменения технологических параметров на напряженно-деформированное состояние в сопряжениях.
-
Разработка мероприятий по снижению напряжений в узле приварки труб с различной наработкой.
Научная новизна
1 Методом конечных элементов разработана модель сварного соединения, которая позволила получить распределение напряжений в рабочих условиях и для условий парового выжига кокса с учетом геометрической
неоднородности соединения и реального распределения температур. Показано, что в зоне сварного шва реализуются эквивалентные напряжения, превышающие условный предел текучести и предел прочности при температуре процесса при сопряжении разнотолщинных труб со смещением их осей.
2 Получено распределение механических характеристик стали 20Х23Н18 в сварном соединении, которое носит экстремальный характер во времени, что связано с изменением фазового состава стали в процессе эксплуатации. При этом показано, что предел прочности на 20%, а коэффициент относительного удлинения и ударная вязкость на порядок ниже аналогичных показателей для основного металла труб.
Практическая значимость работы
1 Обоснованы предельные геометрические отклонения в сварных
соединениях при ремонтных работах, связанные с утонением стенки трубы в
процессе эксплуатации для рабочих условий и условий парового выжига кокса.
-
Расчетным путем обоснована температура предварительного разогрева труб змеевика в процессе паровыжига кокса.
-
Конструкция устройства по обеспечению соосности труб с различной толщиной стенки при их сварке переданы для использования в ОАО "Уфаоргсинтез".
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и
обсуждалось на 52-й и 53-й научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых УГНТУ в 2001 и 2002 годах; на Третьей
Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы
прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных
ситуаций, Уфа, 2002 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 123
страницах машинописного текста, состоит т введения, 4 глав, выводов и
приложений. Проиллюстрирована 25 рисунками и 12 таблицами.
