Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи для пиролиза углеводородов как сварной конструкции

Диссертация: Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи для пиролиза углеводородов как сварной конструкции
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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 г. г.) — Федеральной целевой… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Особенности эксплуатации змеевиков печей для пиролиза углеводородов '
    • 1. 1. Процесс пиролиза углеводородов
    • 1. 2. Особенности эксплуатации печей
    • 1. 3. Характер накопления повреждений в трубах змеевика
  • 2. Объекты и методы исследования
    • 2. 1. Схема отбора проб металла
    • 2. 2. Механические испытания
    • 2. 3. Методика металлографических исследований
  • 3. Изучение металла сварных соединений
    • 3. 1. Механические свойства
    • 3. 2. Металлографические исследования
  • 4. Конечно-элементное моделирование деформирование цилиндрических обечаек с дефектами в зоне сварных соединений
    • 4. 1. Описание расчетной процедуры упругого деформирования цилиндрических обечаек с геометрической неоднородностью в области сварных соединений

    4.2. Исследование влияния характера геометрической неоднородности в области сварных соединений на напряженно деформированное состояние труб змеевика 5. Совершенствование методов проведения паровы-жига кокса и ремонта змеевика

    5.1. Снижение пиковых напряжений в сварных соединениях в процессе паровыжига

    5.2. Разработка устройства для центрирования труб при сварке

Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи для пиролиза углеводородов как сварной конструкции (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Нагрев или разложение сырья в процессах нефтепереработки и нефтехимии происходит в трубчатых печах различной конструкции. Поэтому практически каждая технологическая установка имеет в своем составе хотя бы одну печь, которые подразделяются 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, с неравномерностью отложений кокса 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 потеря 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 соединениядеформации при паровыжиге кокса, отложившегося на внутренней поверхности трубвнутренние напряжения вследствие различия структуры соединяемых сваркой труб. Определение механизмов деформирования труб змеевика и совершенствование методов их расчета на прочность с учетом реальных нагрузок является актуальным.

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 г. г.) — Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 20 002 002 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 различных зонах сварных соединений с различным уровнем накопленных повреждений.

2. Изучение влияния геометрической неоднородности соединения труб и изменения технологических параметров на напряженно-деформированное состояние в сопряжениях.

3. Разработка мероприятий по снижению напряжений в узле приварки труб с различной наработкой.

Научная новизна.

1 .Конечно-элементным методом 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.

2. Расчетным путем обоснована температура предварительного разогрева труб змеевика в процессе паровыжига кокса.

3. Конструкция устройства по обеспечению соосности труб с различной толщиной стенки при их сварке переданы для использования в ОАО «У фаоргсинтез» .

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на 52-ой и 53-ей научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ в 2001 и 2002 годахТретей Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, Уфа, 2002 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 публикациях.

Автор выражает благодарность научному руководителю к.т.н., докторанту Чирковой А. Г., а также Симарчук А. С. и Авдеевой Л. Г. за помощь при выполнении диссертационной работы.

Выводы.

Вычислительный эксперимент показал, что в условиях паровыжига кокса эквивалентные напряжения также превышают условный предел текучести и предел прочности материала в рабочих условиях. При этом в худшем положении оказывается более тонкая труба.

Величина напряжений существенно зависит от смещения осей труб в сварном соединении и от температуры предварительного нагрева труб в процессе паровыжига кокса. Необходимо увеличить температуру предварительного разогрева труб до температуры 550 — 600 °C и исключить смещение осей сопрягаемых труб. Упруго-пластический анализ показал, что после 10 последовательных паровыжигов кокса происходит разрушение сварного соединения в области ЗТВ со стороны старой трубы.

Предложено устройство, применение которого при ремонте трубчатого змеевика позволит избежать смещение осей сопрягаемых труб в процессе сварки. Чертежи устройства и описание технологии его применения переданы на ОАО «Уфаоргсинтез».

Показать весь текст

Список литературы

  1. Пиролиз углеводородного сырья/Мухина Т.Н., Барабанов Н. Л., Бабаш С. Е. и др. М.: Химия, 1987.- 240 с.
  2. А.Г. Снижение повреждений в металле труб печей пиролиза в процессе паро-воздушного выжига. -Дисс.канд. техн. наук, 1998.- 157 с.
  3. Н.Р., Шарихин В. В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М: Химия, 1987.-304 с.
  4. Froment G.F. Chem.Eng.Sci., 1981. — v.36, № 8, р.1271−1282.
  5. И.Р., Хайрудинов И. Р., Ибрагимов И. Г. и др. Состав спиралевидных структур при кристаллизации нефтяного углерода на поверхности металла .- Ж.: Химия и технология топлив и масел (ХТТМ).-1984.-№ 11.-С. 29−30.
  6. И.Р. Механизм фазового перехода при высокотемпературной переработке тяжелых нефтяных остатков Тезисы докладов Всесоюзной коллоидной школы Уфа, 1985.- С. 101−103.
  7. Ф.Г. Масс- и разноспектральные исследования группового состава и надмолекулярной структуры нефтей и нефтепродуктов. Дисс. на соиск.уч.степ. докт. хим. наук.- Уфа, 1984, — 290 с.
  8. И. З. Кузеев И.Р., Абызгильдин Ю. М. Иерархия структурной организации в нефтяных системах. Самоорганизующиеся и фрактальные структуры: Сб.научн.трудов. — Уфа: Изд.Уфим.нефт ин-та, 1990.- С.35−54.
  9. И.Р., Кузеев И. Р., Баязитов М. И. и др. Особенности диффузии углерода из нефтяного кокса в металл. ХТТМ, 1986.- № 6.- С. 1314.
  10. И.Р., Баязитов М. И., Куликов Д. В., Чиркова А. Г. Высокотемпературные процессы и аппараты для переработки углеводородного сырья. Уфа: Гилем, 1999. — 325 с.
  11. П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. -М.: Химия, 1972.- 136 с.
  12. H.JI. Высокотемпературный пиролиз углеводородов. -М.: ЦНИИТЭНенфтехим, 1971. 56 с.
  13. А.Г. Высокотемпературные процессы пиролиза и гидропиролиза нефтяного сырья. М.: ЦНИИИТЭНефтехим, 1985. — с. 12−23.
  14. М.И. Дисс. на соиск. уч. степ, канд техн. наук. Уфа, 1998. — 136 с.
  15. В.И. и др. Долговечность змеевика пиролизной печи: Сб. трудов МИХМ. М.: Изд -во МИХМа, 1977. -С.48.
  16. М.И., Ибрагимов И. Г., Газиев P.P. и др. В сб.: Научно-техническое творчество молодежи в помощь производству- Уфа: Изд.-во Уфим. нефт. ин-та, 1986.- С. 67.
  17. М.И., Кузеев И. Р. О механизме коксообразования на внутренней поверхности печных труб. В сб.: Нефть и газ. — Уфа: Изд -во УГНТУ, 1996.
  18. М.И. Оценка поврежденности печных труб в условиях эксплуатации- В сб.: Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. — С.203−210.
  19. В.Н., Ватник JT.E. Лавров А. И. и др. Длительная прочность стали 15Х5М после длительной эксплуатации в трубчатых печах нефтеперерабатывающих установок. Проблемы прочности, 1983, — № 5.-С.76−81.
  20. Л.Г., Чиркова А. Г. О влиянии коксоотложения и паровоздушного способа очистки на структуру стали труб пирозмеевиков.-Проблемы нефти и газа.-Уфа, 2001.- С. 291.
  21. Л.Г., Чиркова А. Г. Причины появления магнитных свойств у парамагнитной стали 20Х23Н18, — Промышленная экология: Материалы специализированной конференции и семинара (г.Уфа, 30−31 января 2002 г.).-Уфа, 2002.- С. 66.
  22. Л.Г., Чиркова А. Г. Изменение механических свойств стали 20Х23Н18 в процессе эксплуатации, — Промышленная и технологическая безопасность: проблемы и перспективы: Сб.науч. тр.- Уфа, 2002.- С. 105−109.
  23. Л.Г., Чиркова А. Г. Структура стали 20Х23Н18 после эксплуатации.
  24. Л.Г., Чиркова А. Г. Определение мультифрактальных характеристик стали 20Х23Н18 до и после эксплуатации.- 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. Уфа, 2002.- С. 8.
  25. Л.Г. Зависимость фрактальной размерности и механических характеристик стали 20Х23Н18.- 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. Уфа, 2002.- С. 6.
  26. Зависимость между фрактальной размерностью и ударной вязкостью стали 20Х23Н18. 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. — Уфа, 2002.- С. 7.
  27. B.C., Ланин А. А. Прочность и долговечность конструкций при ползучести. СП б.: Политехника, 1995.- 182 с.
  28. А.Г. Малоцикловая усталость при сложном термомеханическом нагружении. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001.248 с.
  29. A.M., Тихонов А. Н., Бондаренко Г. Г., Кириллов Н. Б. Радиационная повреждаемость и свойства сплавов. СП б: Изд-во «Политехника», 1995.
  30. A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионно-стойких сталей и сплавов. Челябинск: Металлургия, 1988. — 656 с.
  31. A.M., Тихонов А. Н., Бондаренко Г. Г., Криворук М. И. Предотвращение преждевременных разрушений формированием определенной структуры металла. Металлы, № 5, 1999. — С. 87−92.
  32. Л.Г. Изменение структуры и механических свойств аустенитной стали 20Х23Н18 в условиях пиролиза углеводородов. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Уфа, 2003.
  33. B.C., Курзина Е. Г. Мультифрактальная параметризация микроструктуры немагнитных сталей Mn-Ni-Cu-V после старения с целью выявления синергизма легирования. Металлы, № 2, 1999. — С.59−67.
  34. Ф.А. Ресурс сварных соединений паропроводов. М.: Машиностроение, 2002. — 352 с.
  35. Р.С., Бакши О. А., Абдуллин Р. С., Вахитов А. Г. Ресурс нефтехимического оборудования с механической неоднородностью. М.: Недра, 1998.-268 с.
  36. О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1976. — 200 с.
  37. М.В., Ерофеев В. В. Инженерные расчеты сварных оболочковых конструкций. Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1995. — 229 с.
  38. Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций. М.: Высшая школа, 1982.-272 с.
  39. Р.С. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости.- Серия «Механика катастроф». Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 1997. — 426 с.
  40. Р.С. Кинетика механо-химического разрушения. Сосуды и трубопроводы, работающие под давлением. Основы расчета остаточного ресурса. Уфа: Баштехинформ, 1996. — 438 с.
  41. JI.A. Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разрушению. Л.: Машиностроение, 1978. — 232 с.
  42. Н.М., Евдокимов Г. И., Кузеев И. Р. Обеспечение работоспособности оболочковых конструкций. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002. -237 с.
  43. Р.С. Повышение и оценка ресурса нефтегазохимического оборудования с механической неоднородностью. -Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, докт техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2000.
  44. A.M. Прогнозирование характеристик усталостной прочности металлов с учетом модифицированных поверхностных слоев. -Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. Уфа, 2000.
  45. Ф. А. Федосеенко А.В., Лаппа В. А. Оценка остаточного ресурса длительно эксплуатирующихся сварных соединений паропроводов. -Теплоэнергетика, 1995.- № 4.- С. 12−16.
  46. .И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов. -М.: Машиностроение, 1966. 430 с.
  47. А.В. Технологическое обеспечение качества функционирования нефтегазопромыслового оборудвания оболочкового типа. — Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн наук.- М.: 1984.
  48. А.В. Конструктивная прочность сварной нефтехимической аппаратуры со смещенными кромками. Нефть и газ, 1981, № 8, с.84−88.
  49. А.В. Технология аппаратостроения: Учебное пособие. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. 297 с.
  50. Р.Г. Обеспечение качества оболочковых конструкций повышением точности изготовления и сборки базовых деталей. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. — Уфа, 2002.
  51. А.Ф. Повышение качества изготовления кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры совершенствованием методов и средств контроля формы и размеров базовых деталей. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Уфа, 2002.
  52. З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. -М.: Машгиз, 1960.-744 с.
  53. В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств, — 2-е изд., доп. и перераб. М.: Колос, 1992. -399 с.
  54. А.Д., Поникаров С. И., Николаев Н. А. Расчет и конструирование оборудования пищевых и химических производств: Учеб.пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. — Казань: «Печатный Двор», 2002. — 200 с.
  55. Ф.Ф. Нержавеющие стали. М.: Металлургия, 1967.798 с.
  56. Э. Специальные стали. Том 1.- М.: Металлургия, 1966.736 с.
  57. Зенкевич О Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -511 с.
  58. Л.Г., Капустина С. А., Яблонко JI.C. Изопараметрический сдвиговой элемент для анализа оболочек общего вида. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения задач упругости и пластичности. Горький, 1986. — С.61−70.
  59. А.И. Универсальный конечный элемент тонкой оболочки. Исследования по теории оболочек: Труды семинара. Вып. 25. -Казань: Казанский физ.-техн. ин-т КНЦ АН СССР, 1990. — С.66−83.
  60. И.Ф., Савельев JI.M., Хазанов Х. С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1985. — 392 с.
  61. М.Д. Исследование произвольных оболочек с помощью пологих оболочечных элементов. Тонкостенные оболочечные конструкции. Теория, эксперимент, проектирование. — М.: Машиностроение, 1980. — С.409−437.
  62. А.С., Киричевский В. В., Кислоокий В. Н. Метод конечных элементов в механике твердых тел. К.: Вища школа, 1982. — 480 с.
  63. СтренгГ., Стренг Д. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.-350 с.
  64. М.С., Якупов Н. М. Сплайновый вариант метода конечных элементов для расчета оболочек сложной геометрии. Прикладная механика, 1987.-т.23.-№ 3.- с.38−44.
  65. Н.М., Серазутдинов М. Н. Расчет упругих тонкостенных конструкций сложной геометрии. Казань: ИММ РАН, 1993.- 208 с.
  66. Я.А., Ватник JI.E. Исследование факторов надежной эксплуатации реакционных печных труб из стали типа НК-40. -Нефтепереработка и нефтехимия, 1995.- № 3.- С.31−34.
  67. П.Ю., Гиржон В. В., Данильченко В. Е. Влияние многократных у = а переходрв на структуру железоникелевых сплавов. -Металловедение и термическая обработка металлов, 1990.- № 11.- С. 5 -7.
  68. М.Н., Лукьянов В. А. Прочность сосудов и трубопроводов с дефектами стенок в нефтегазовых производствах.- М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2000. 216 с.
  69. А.А. Пластичность. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
  70. Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969.
  71. Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. — 400 с.
  72. P.P. Концентрация напряжений в элементах конструкций. М.: Наука, 1996. — 240 с.
  73. И.А. Метод дополнительных деформаций в задачах теории пластичности.- Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение, 1963.-№ 1.
  74. Металлография железа. Том 2. Структура сталей (с атласом микрофотографий).- М.: Металлургия, 1972. 284 с.
  75. Металлография железа. Том 3. Кристаллизация и деформация сталей (с атласом микрофотографий). М.: Металлургия, 1972. — 236 с.
  76. Жаропрочность сварных соединений. Земзин B.H.-JL: Машиностоение, 1972. 272 с.
  77. Т.А. Границы зерен в металлах сварных соединений. -М.: Наука, 1986. 126 с.
  78. В.Ф., Денисенко А. В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. К.: Наукова думка, 1978. — 276 с.
  79. Е.И. Надежность металла энергетического оборудования. М.: Энергоиздат, 1981. — 240 с.
  80. В.Н. Жаропрочность сварных соединений. Л.: Машиностроение, 1972. — 272 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!