天然氣處理廠放空火炬系統(tǒng)的強度計算與穩(wěn)定性分析

【摘要】：隨著天然氣的進一步開發(fā)利用，天然氣處理廠越來越多。放空火炬系統(tǒng)是天然氣處理廠不可缺少的配套設(shè)施。由于該系統(tǒng)在放空過程中承受過大的沖擊載荷，因而有可能發(fā)生放空管道結(jié)構(gòu)破壞以及放空火炬倒塌的事故。在放空過程中必須保證生產(chǎn)裝置不出任何問題，因此需要對放空火炬系統(tǒng)的管卡布置進行準確分析；并在全廠緊急停車放空工況下進行瞬態(tài)動力學(xué)分析，獲得放空管路的位移與應(yīng)力結(jié)果；并對高架放空火炬進行穩(wěn)定性分析。 本文以蘇里格氣田第四天然氣處理廠的放空火炬系統(tǒng)為研究對象。首先建立了放空火炬系統(tǒng)的有限元模型，包括增壓區(qū)、脫油脫水區(qū)、集氣區(qū)及火炬區(qū)；計算了三種工況下放空管道的壓降與流速，以及彎頭及三通處所受到的激振力。然后在全廠緊急停車放空工況下，對采用“無管卡約束”，“加部分管卡約束”，“加全部管卡約束”三種不同約束方式的放空火炬系統(tǒng)進行了靜態(tài)分析計算，并根據(jù)應(yīng)力位移結(jié)果確定了管卡布置方案。根據(jù)管卡布置方案修改了模型，并分別在三種工況下對放空火炬系統(tǒng)進行了動態(tài)模擬分析，并根據(jù)所得結(jié)果確定了管卡布置方案的合理性。對火炬區(qū)進行了模態(tài)分析，為避開外部機械振動頻率、防止火炬區(qū)產(chǎn)生共振提供了數(shù)值依據(jù)。最后利用能量法和有限單元法分析了高架放空火炬失穩(wěn)破壞的臨界條件，結(jié)果表明內(nèi)壓降低了火炬管的穩(wěn)定性，而外壓增強了火炬管的穩(wěn)定性；同時研究了高架放空火炬穩(wěn)定性與壁厚的關(guān)系。 【關(guān)鍵詞】：放空火炬系統(tǒng) 管卡布置 穩(wěn)定性 能量法 有限單元法 Ansys
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)（華東）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 課題的研究背景及意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及現(xiàn)狀分析9-12
• 1.2.1 管道振動研究的發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 放空火炬穩(wěn)定性研究的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 放空火炬系統(tǒng)有限元模型的建立14-21
• 2.1 蘇里格氣田第四處理廠放空火炬系統(tǒng)簡介14
• 2.2 建立放空火炬系統(tǒng)的有限元模型14-21
• 2.2.1 材料基本參數(shù)14
• 2.2.2 單元類型14-15
• 2.2.3 建模方式與劃分控制15
• 2.2.4 地基建模15-16
• 2.2.5 模型約束16-18
• 2.2.6 溫度荷載18-19
• 2.2.7 放空火炬系統(tǒng)的有限元模型19-21
• 第三章 放空管路的水力計算21-39
• 3.1 放空過程分析21-22
• 3.2 放空天然氣參數(shù)22-23
• 3.3 水力計算公式的理論推導(dǎo)23-26
• 3.4 全廠緊急停車時放空管路的水力計算26-33
• 3.4.1 最大放空量的計算26-29
• 3.4.2 放空管路的水力計算29-33
• 3.5 單條集氣干線放空時放空管路的水力計算33-36
• 3.5.1 放空量的計算33-34
• 3.5.2 放空管路的水力計算34-36
• 3.6 單個放空閥門放空時放空管路的水力計算36-39
• 3.6.1 放空量的計算36-37
• 3.6.2 放空管路的水力計算37-39
• 第四章 放空管路激振力的計算與加載39-45
• 4.1 激振力的理論分析39-41
• 4.2 激振力的計算41-44
• 4.2.1 全廠緊急停車時放空管路激振力的計算41-42
• 4.2.2 單條集氣干線放空時放空管路激振力的計算42-43
• 4.2.3 單個放空閥門放空時放空管路激振力的計算43-44
• 4.3 激振力的加載44-45
• 第五章 全廠緊急停車放空時放空火炬系統(tǒng)的靜態(tài)分析計算45-68
• 5.1 結(jié)構(gòu)在無管卡約束情況下的靜態(tài)分析計算45-46
• 5.1.1 位移分析結(jié)果45-46
• 5.1.2 應(yīng)力分析結(jié)果46
• 5.2 初步確定管卡約束的安裝位置46-48
• 5.3 結(jié)構(gòu)在加部分管卡約束情況下的靜態(tài)分析計算48-56
• 5.3.1 位移分析結(jié)果48-52
• 5.3.2 應(yīng)力分析結(jié)果52-56
• 5.4 結(jié)構(gòu)在加全部管卡約束情況下的靜態(tài)分析計算56-63
• 5.4.1 位移分析結(jié)果56-59
• 5.4.2 應(yīng)力分析結(jié)果59-63
• 5.5 設(shè)置管卡約束的建議63-64
• 5.6 管卡約束處的作用力64-68
• 第六章 放空火炬系統(tǒng)的動態(tài)分析計算68-89
• 6.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析介紹68
• 6.2 動態(tài)分析步驟及參數(shù)設(shè)置68-70
• 6.3 單個放空閥門放空時系統(tǒng)的動態(tài)分析結(jié)果70-76
• 6.3.1 位移的時間響應(yīng)70-74
• 6.3.2 等效應(yīng)力的時間響應(yīng)74-76
• 6.4 單條集氣干線放空時系統(tǒng)的動態(tài)分析結(jié)果76-81
• 6.4.1 位移的時間響應(yīng)76-79
• 6.4.2 等效應(yīng)力的時間響應(yīng)79-81
• 6.5 全廠緊急停車放空時系統(tǒng)的動態(tài)分析結(jié)果81-87
• 6.5.1 位移的時間響應(yīng)81-84
• 6.5.2 等效應(yīng)力的時間響應(yīng)84-87
• 6.6 消減管系結(jié)構(gòu)振動的措施87-89
• 第七章 放空火炬系統(tǒng)火炬區(qū)的模態(tài)分析89-93
• 7.1 模態(tài)分析介紹89
• 7.2 火炬區(qū)的模態(tài)分析89-93
• 第八章 放空火炬系統(tǒng)高架放空火炬的穩(wěn)定性分析93-101
• 8.1 高架放空火炬穩(wěn)定性的能量法分析93-99
• 8.2 高架放空火炬穩(wěn)定性的三維有限元分析99-101
• 8.2.1 三維特征值屈曲分析99-100
• 8.2.2 穩(wěn)定性與壁厚的關(guān)系100-101
• 第九章 結(jié)論101-102
• 參考文獻102-106
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果106-107
• 致謝107

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