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多段床氣化爐高溫設備及管道應力分析

更新时间:2019-11-05 23:48人气:9419
  中國鋼管信息港創新報道:1CAESAR整體應力分析的目的由於該多段分級轉化流化床煤氣化中試裝配是在原加壓灰熔聚流化床粉煤氣化中試平台的基礎上進行改造,排水管道內沉積物中賦存汙染物的種類很多,常見的有易降解有機物,易引發水體富營養化的氮、磷汙染物,難降解的油類、脂表1調研情況概要Tab.項目管道管徑/mm沉積物厚度/ mm沉積物厚度占管道管徑比例/%項目管道管徑/mm沉積物厚度/ mm沉積物厚鋼筋混凝土管材 。
  
  類物質、帶有毒性的石油烴類(PHC)和多環芳烴(PAHs)和有害重金屬等“三致”物質U,這些物質的從頭開釋對水體可能會產生不可逆轉的影響。此外,管網內沉積物在微生物的感化下會發生一係列的生化反應,從而使其粘性改變、構成發生變化,產生的一些有毒有害氣體會腐蝕管道1,。
  
  研究排水管道中沉積物的沉積狀況、性質具有首要意義。鑒於北京城區範圍內除少數老城區為合流製排水係統,其餘均為分流製排水係統的現狀,選擇西城區部分分流製雨水管道內沉積物的沉積狀況進行調研、分析,以期為排水係統的運行治理提供,為進一步研究並控製沉積物對水體的汙染貢獻提供一定根據。
  
  1調研區域根據西城區的規劃和功能區的分布情況,選取長約3km、寬約1.5km的調研區域 。調研區域南起阜外大街,北至西直門外大街,東起新街口南大街,西至西三環北路,同時包括金融街的部分貿易區。調研範圍包括老式居民區、新建室第小區、學校、貿易區等典型城市功能區 。該區域的排水體製為分流製。
  
  由於骨幹道車流量大,對位於骨幹道上的雨水管道調研難度大,是以選取步行道上及間隔步行道1m範圍內次幹道上的排水管道作為調研對象。
  
  剔除廢棄的雨水管道,具體記錄了72個存在沉積現象的雨水檢查井及與其相連的雨水管道內沉積物的沉積狀況。
  
  2調研方法對於所有的雨水管道均采用下井實測的方式進行,具體記錄各雨水井連接排水管道內的沉積物厚度、管道管材、管徑、管道完好程度、匯水區域類型等信息。在檢查井處向管道內部1~2m範圍內每隔約50cm丈量沉積物厚度,最少丈量3次取均值作為調研管道內沉積物的厚度 。
  
  3結果與討論調研結果表明,調研區域內近80%的雨水管道都存在不同程度的沉積現象 ,由於長期沉積及間歇性雨水浸泡,沉積物顏色發黑、發臭,沉積厚度與對應管道管徑之比最大達到了66.7%,具體情況如表1所示。
  
  中國鋼管信息港創新報道:沉積物形成的啟事首要是降雨衝洗使地表顆粒物隨徑流匯進排水管道,在流體阻力和本身重力的感化下 ,雨水徑流中部分懸浮顆粒物在排水管道中沉積。
  
  在所調研雨水管道中,沉積厚度大的管道較少(沉積厚度占管徑的比例>50%的管道占4.16%),館值值均大小平M ss/tt熔砥底除沉積量極少的管道外,41.67%的管道內沉積物厚度占管徑的10%~30%.因而可知,城市雨水管道中普遍存在不同程度的沉積現象,將不同程度地影響雨水管道的過流能力。首要的是,即使管道沉積程度較小,降雨徑流對沉積物衝洗釀成的汙染仍對徑流受納水體存在威脅。
  
  經分析,本研究調研範圍內各匯水功能區域分布較為相似,各匯水區域綜合徑流係數可近似以為相同,且通過對區域內排水管道分布圖的統計分析,該區域內排水管道坡度均為0.2%~0.3%擺布,故以為調研的相同管徑管道所對應的匯水麵積近似相同。比較調研區域內各功能區DN300、DN400 、DN500管道內的沉積狀況,結果見。其中管徑>DN500的管道在調研各功能區分布較少,故不予比較。此外 ,由於交通影響、少數管道廢棄等啟事,在校園和商務區未能取得DN500和DN300管徑匯流管道內沉積物的沉積狀況。
  
  從可以看出,各不同功能區管道的沉積情況大致為:舊居民區>貿易區>新建小區>校園>商務區。一般舊居民區內排水管道係統相對陳舊,維護較少 ,生活垃圾治理相對落後,雨水口沉積顆粒物較多。此外,舊居民區內路麵等基礎設施的維護和翻修工程較多,也會增大進進排水管道顆粒物的總量 。貿易區的極大人流量使其產生的垃圾總量大,且規範治理難度大 ,是以這些區域的排水管道中沉積物量明顯高於其他區域。而新建小區、校園、商務區則基礎衛生設施較好,垃圾治理相對完善,排水管道中沉積物量相對較少。是以,要實現城市雨水管道中沉積物的有效控製,對匯水區域特別是衛生條件較差區域內環境的有效治理相當首要,需重點加強區域內建築垃圾的治理及雨水口的及時清理。受原平台空間限製,設備和管道布置緊湊,利用CAESAR管道應力分析軟件對中試裝配核心部分進行整體建模,可分析計算其在內壓和各種載荷感化下的應力分布情況;分析比較管係在各種布置方案下的應力水平 ,為選擇最好方案提供根據;計算管道對各設備管口的管道載荷,為設備設計提供外載;計算彈簧支吊架的載荷和位移,確定彈簧支吊架型號。
  
  2三種方案的比較分析由於各設備布置緊湊,如何配管使管道既能滿足工藝要求,又能使管道在各種工況下滿足應力強度條件是最困難的題目,為此配管工程師提出了三重團體大連設計研究院有限公司助理工程師,遼寧大連116600重團體大連設計研究院有限公司高級工程師,遼寧大連116600 1一第三旋風分離器;2―管道三;3―管道二;4一管道i;5―第―旋風分離器;6―一旋支座;7―一料腿返回管道;8―三旋支座;9一第二旋風分離器;10―二旋支座;11一二料腿返回管道;12―氣化爐固定支座;13―管道四;14一廢熱鍋爐;15―固定支座。
  
  氣化爐、旋風分離器、廢鍋鍋爐及附屬管道整體結構示意圖種配管方案。
  
  2.1方案:固定支座加膨脹節氣化爐和三個旋風分離器都由固定支座撐持在鋼結構框架上 ,在***旋風分離器到廢熱鍋爐的長管道上加膨脹節,以吸收由熱脹引發的變形量,從而降低管道應力。
  
  該方案的優點是結構簡單,安裝方便。但因膨脹節每隔一段時間就必須更換,所以不利於維護 ,且由於管道內壁需敷設耐火及保溫層材料 ,膨脹節在管係的變形協調中會受拉壓感化而發生彎曲,導致內壁的耐火材料被破壞,高溫介質將直接與金屬管道接觸,導致管道許用應力降低,終究破壞管道 。
  
  2.2方案二:固定支座加n形彎管氣化爐和三個旋風分離器固支在鋼結構框架上 ,在第三旋風分離器到廢熱鍋爐的長管道中加進n形彎管,用彎管來吸收熱脹引發的變形量,降低管道應力。
  
  該方案同樣結構簡單 ,安裝方便,但由於受原框排擠間限製,n形彎管將超出框架並和框架橫梁幹涉,是以該方案固然能滿足工藝和應力強度條件,但卻無法在中試裝配中實現。
  
  2.3方案三:旋風分離器用彈簧支座在該方案中氣化爐和廢熱鍋爐用固定支座撐持在鋼結構框架上,三個旋風分離器改用彈簧支座撐持,用彈簧支座的變形來吸收熱脹量,降低管道應力見。
  
  1一第三旋風分離器;2―彈簧支座;3―三旋至廢鍋管道;4一廢熱鍋爐;5―固定支座。
  
  方案三 :旋風分離器改用彈簧支座結構示意圖該方案固然結構上較前兩個方案複雜 ,但占用空間小,可以安裝在原框架結構上,經過計算後管道應力又能滿足應力強度條件,是以該方案切實可行,某公司開發的多段分級轉化流化床煤氣化中試裝配正是采用了該種方案 。
  
  3CAESAR應力分析計算3.1管道載荷的確立1計算壓力及計算溫度氣化爐的操縱壓力為3.0MPa,氣化爐內部的操縱溫度約為1200丈,但因設備和管道內壁都敷設有耐火材料,所以管線的計算壓力為3.0MPa,計算溫度為150丈。
  
  中國鋼管信息港創新報道:在CAESAR中用考慮了保溫層和風向角的管道的暴露麵積乘以等效風壓和管道的外形係數來得到風載荷,用戶一般可以用三種方法來計算等效風壓。第一種用ASCE7-2005規範進行計算,第二種用風壓和高度關係表進行計算,第三種用風速和高度關係表進行計算。單元上總的風力計算公式:在本項目中由於試驗基地的風壓隨高度的變化關係已測得見,故使用第二種方法計算風壓和單元所受的風力,風形係數取0.6.某基地風壓隨高度變化關係表CAESAR軟件對地震載荷可采用靜態計算和動態計算兩種分析方法,施加靜態地震載荷的方法與風載荷類似,地震載荷的大小與單元重量成正比。本項目采用靜態計算方法,地震加速度取0.2g. 3.2載荷組合工況及計算在CAESAR中利用工況代數組合可以將基本載荷工況進行組合,形成各種組合工況。
  
  正常載荷工況應考慮自重W、位移、溫度T、壓力P和彈簧附加力H等載荷分量,並由這些載荷分量組合出彈簧工況HgR,操縱工況(OPE、持續工況SuS,並根據操縱工況和持續工況組合出膨脹工況Exp.偶然載荷包括風載荷和地震載荷,按照ASMEB31.3的規定,風載荷和地震載荷不考慮疊加,分別與正常運行載荷單獨組合。
  
  風載荷工況除了自重碟 、位移D、溫度T、壓力P、彈簧附加力0等載荷分量外,還包括風載分量,本項目中風載方向由風玫瑰圖中比例最高的方向確定。
  
  地震載荷工況除了自重碟、位移D、溫度T 、壓力P、彈簧附加力0等載荷分量外,還包括X、Y、Z三向地震分量。
  
  CAESAR提供的基本工況為持續工況SuS、操縱工況OpE、熱脹工況Exp和偶然工況(OC0 ,用戶可利用這些基本工況組合出所需的各種工況,以校核次應力和二次應力,計算管道上各束縛在不同工況下的受力和位移等,具有極高的靈活性,為用戶提供了很大的方便。
  
  通過上述工況組合計算後,從CAESAR輸出文件中可以得到該中試裝配在各個工況下的應力分布、端點位移和束縛載荷,通過計算彈簧支座的載荷和位移,確定了彈簧支座型號見表I,從結果文件可以判定,方案三的管道布置是公道的,既滿足工藝要求 ,又滿足應力強度條件。中國鋼管信息港創新報道

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