采用Caesar II的立式再沸器管道应力分析(PDF)

立式再沸器的意义

立式再沸炉在过程工业中发挥着重要作用。再沸器是一种热交换器用于加热工业蒸馏塔底液。通常蒸汽(或任何其他高温流体)的热量被用来从精馏塔底部煮沸液体。通常，这种加热效应会产生蒸汽，然后蒸汽会返回到海拔较高的精馏塔，以驱动精馏分离。

管道之间的布置蒸馏塔用于此操作的再沸器通常非常坚固，需要仔细分析，以保持柱和再沸器喷嘴负荷在可接受的范围内。下面的文章将提供一个垂直再沸器连接管道系统的应力分析方法，使用软件工具Caesar II，由Coade公司开发。

再沸器管道应力分析的适用规范和标准

• ASME B 31.3工艺管道，
• ASME第八章压力容器设计(通常distillation列再沸器是根据这些规范制造的)，
• wrc107和wrc297
• 有时，如果实际喷嘴负荷超过供应商允许的接收，则需要使用WRC模块来确定喷嘴负荷。

再沸器管道应力分析输入

在开始对再沸器和蒸馏塔在凯撒II中，请至少准备以下文件:

• 柱总布置图
• 再沸器总布置图
• 过程P&ID和连接管道的线路表(也称为线路名称表或LDT)
• 管道材料规范或PMS
• 喷嘴允许载荷
• 管道等容线，如有
• 柱和再沸器允许的喷嘴负荷(如果没有标准的项目专用负荷，应从设备供应商处获取)

热炉和热塔模拟的温度剖面

列温度

在没有具体项目指南的情况下，应将色谱柱的工作/设计温度视为与连接到每个抽出喷嘴的色谱柱出口管道的平均工作/设计温度相同

再沸器温度

的重沸器在没有项目特定指南的情况下，建模使用以下信息:

• 管侧入口温度=塔底(出口)管道温度。
• 管子的温度=管子进口和出口管道之间的平均温度。
• 管侧出口温度=塔进口管道温度。
• 如果不知道柱式进口管道(通道出口)的温度，则考虑供应商图纸中提到的再沸器管出口温度或从供应商图纸中确认过程是女士eer。
• 壳体侧温度=壳体入口(通常是蒸汽)和出口管道(通常是冷凝水)的平均值。

再沸器的建模伸缩接头《凯撒2》

初步建模重沸器作为刚体，遵循以下步骤。参考附图(图1):

• 1.模型节点10-20和20-30与管道出口温度和压力考虑通道材料，直径，厚度，长度和流体密度(也包括绝缘厚度和密度，如果有的话)从Rebolier总布放图(以下简称GA)。
• 2.再沸器遗传算法中考虑壳体材料和尺寸，分别以壳体平均温度和壳体设计压力为模型节点30- 40,40 -50和60-70。
• 3.模型单元30-70，通道侧平均温度和设计压力，从GA图中取管的材料、壳体直径和厚度。
• 4.型号70-80和80-90管进口温度和压力考虑通道材料，直径，厚度和长度。

• 5.对元素50-100进行壳面属性建模，并对节点100处的支撑约束进行建模。类似地，根据GA图纸的要求建模所有其他支撑元素(检查2耳，3耳或4耳支撑系统)。
• 6.现在将元素10- 20,20 -30和70-80设置为柔性(即非刚性)
• 7.从GA检查再沸器的总工作重量(如果工作重量不可用，则假设充水重量的70%)和步骤6中提到的元素中已经考虑到的重量(考虑流体和绝缘;您可以通过点击caesar II中的单次运行按钮轻松完成。提供刚性元件30-70(管重)的剩余平衡重量。通过单击单个运行按钮再次检查，以确保caesar模型中的实际重量与GA中提供的重量相匹配。

以防没有伸缩接头在壳体中，模型单元30-70带壳侧平均温度。其余所有参数保持不变。

由于您正在计划再沸器管道，我相信您知道柱和附属管道的建模。所以我不是在描述它。因此，建模柱和附加管道，使一个完整的系统如图所示(图1)。

立式再沸器管道的支撑装置

再沸器可以由立柱支撑，也可以通过制作独立的结构来支撑。在这两种情况下，都有可能将再沸器凸耳直接支撑在结构上，或者可能有要求春天衣架(底部安装)。有时需要开槽孔和PTFE/石墨滑动板来减少摩擦效应。所以这个信息需要告知设备供应商。固定凸耳的位置应与喷嘴、风箱和其他附件保持一致，以避免堵塞等。如果再沸器由弹簧支架支撑(见附图2)，则需要考虑以下几点:

• 春天是否应设计为冷负荷工况
• 冷/热负载条件应该是相同的所有弹簧
• 弹簧的设计应考虑再沸器在备用和出汽时的空重。
• 在再沸器的耳上不需要开槽孔，以防弹簧支架

• 镜面抛光的SS板/PTFE板，如果需要，由供应商提供
• 如果在WNC机箱中，由于弹簧的反作用力，导致喷嘴上的载荷较大，则可以在弹簧上安装锁紧螺母(参见上图)，起到限位止动的作用。
• 所需的间隙应作为弹簧在(负Y)方向上施加的约束间隙输入凯撒。
• 的管道应力工程师必须提供锁紧螺母的详细信息(见下图，图3)和螺母上的负载在春天数据表。

再沸器管道分析的负载情况

负载情况下根据操作的可能性进行准备。因此，必须咨询工艺工程师以了解所有可能的情况负载情况下。正常的可能性如下:

• 1.工作温度负载工况(W+P1+T1)
• 2.设计温度荷载工况(W+P1+T2)
• 3.排汽温度工况(W+P1+T3)
• 4.异常工况工况(W+P1+T4):如果再沸器的一个部分有流体流动，而另一个部分没有流体流动，则可能出现这种情况。通常在启动过程中，这些类型的情况可能会出现。有时可能发生的情况是，你必须先加热再沸器外壳，然后才能开始工艺流体通过管道流动。在创建所有此类负载案例时，必须与流程工程师进行协商。
• 5.持续荷载工况(W+P1)
• 6.根据正常的项目程序准备所有临时和扩展荷载情况。有时要求将两个或三个类型相似的再沸器连接到同一塔上。在这种情况下，一些再沸器可能处于待机状态。因此，在制作荷载箱时，也需要解释这种情况。因此需要相应地增加额外的荷载情况。

再锅炉管道应力分析的几个重要注意事项

从应力分析的角度来看，再沸器柱电路是最关键的系统之一，在分析这种系统时应该非常小心。以下注意事项将有助于应力工程师作出工程判断:

• 1)壳体与喷嘴之间的所有连接处经机械部门确认后均可视为加固
• 2)如果喷嘴负荷超过允许负荷，应将负荷转给机械进行进一步评估。或者，压力工程师必须执行WRC或有限元分析使喷嘴负载合格。最好将WRC/FEA输出结果转发给机械部门进行审查。
• 3)当再沸器在蒸汽排出期间处于待机状态时，应根据弹簧设置彻底检查喷嘴负荷。
• 4)应根据客户要求进行法兰泄漏评估，如有需要，应更改法兰的额定值，并将相同的信息转发给机械和工艺组。
• 5)最初，喷嘴负荷应以凯撒项目特定压力容器负荷的三倍转交给机械设备，以照顾到镦锻条件。
• 6)弹簧支架、聚四氟乙烯/SS板、槽孔、锁紧螺母布置等要求应在工程图中标出，以便纳入最终供应商图中。
• 7)与喷嘴相关的固定耳的位置，波纹管等配件避免结垢等。
• 8)检查再沸器喷嘴(壳体出口)是否有结构污垢。

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