气化装置锁斗人孔优化设计论文（通用2篇）
气化装置锁斗人孔优化设计论文 篇1
1气化装置锁斗筒体及开孔的分析设计
本设备筒体较为危险的开孔分别为DN400mm的冲洗水入口DN500mm和人孔。
1．1气化装置人孔应力分析
锁斗人孔的设计为锻件与筒体内壁齐平结构，筒体壁厚130mm，人孔锻件尺寸为752mm×145mm。Sv(局部薄膜应力+一次弯曲应力+二次应力+峰值应力)为204．59MPa。
1．2气化装置冲洗水入口应力分析
锁斗冲洗水入口的设计为锻件与筒体内壁齐平结构，筒体壁厚130mm，冲洗水入口锻件尺寸602mm×120mm。Sv(局部薄膜应力+一次弯曲应力+二次应力+峰值应力)为198．62MPa。
1．3分析设计结果评定
从分析设计评定结果可以看出，筒体上开孔的最大应力点在筒体上的最大开孔人孔锻件内侧。此处的应力分析结果是控制整个筒体壁厚设计结果的关键因素。如果通过人孔结构的优化和改进达到降低最危险处的应力值，从而降低筒体壁厚的目的，将是一种经济合理的措施。
2设计优化
根据传统气化装置开孔补强公式，笔者想到，如果接管内伸一定的数值，其可以增加开孔补强面积，进而改善筒体开孔处的补强效果，那么这种内伸结构在承受交变载荷的疲劳设备上是否也能起到同样的效果呢?根据这个构想，笔者进行了一系列的不同人孔结构的应力分析:
①在锁斗筒体壁厚为130mm、人孔锻件尺寸为752mm×145mm的情况下，应力分析结果云图，内伸170mm的应力分析结果;
②在筒体壁厚90mm、人孔锻件尺寸为652mm×95mm的情况下，应力分析结果云图，取不同内伸量的应力分析
3筒体壁厚及人孔锻件厚度设计结构优化分析与结论
3．1分析
在操作压力为0～6．6MPa的交变载荷下，锁斗上的最大开孔———人孔处的锻件采用内伸结构可以有效的大幅降低总应力Sv，筒体壁厚和锻件尺寸有了进一步优化的可能性。人孔锻件最大应力值随内伸量的增大而减小，但是总体应力值变化不大。考虑到实际制造和设备使用情况，可以适当选择一个比较合适的人孔锻件内伸量数值。以不同人孔设计结构，其钢材耗用量见，可看出人孔设计结构优化的效果。
3．2结论
(1)人孔内伸结构的内伸量增加很大的情况下，应力水平降低并不明显，而人孔锻件内伸过多会造成材料的浪费和设备制造难度的加大。故在控制合理应力水平的情况下，尽量减少锻件内伸量是较为合理的。
(2)以筒体壁厚90mm、人孔锻件95mm、内伸150mm为例，相同应力水平下，人孔锻件采用内伸结构与人孔锻件不内伸结构相比减少了约31．87%的钢材用量，大大节约了设备的制造成本。
(3)锁斗筒体壁厚90mm、人孔锻件尺寸652mm×95mm、内伸150mm的设计结构，经过在我公司某工程60万t/a甲醇项目上的验证使用，其安全性和经济性都取得了很大的成功，设备连续几年运行稳定，业主反映使用效果良好。
气化装置锁斗人孔优化设计论文 篇2
关键词 多喷嘴对置式水煤浆气化 设计优化
1 引言
2005年7月21日，兖矿国泰多喷嘴对置式水煤浆气化装置一次投料成功，先后有山东华鲁恒升化工有限公司、兖矿鲁南化肥厂、江苏灵谷化工有限公司、滕州凤凰化肥有限公司、江苏索普集团有限公司、神华宁夏煤业集团、兖矿新疆能化有限公司等国内多家知名企业采用了多喷嘴对置是水煤浆气化技术。
多喷嘴对置式水煤浆气化技术日臻成熟，除了该技术本身具有优势外，。随着多个装置试车、投料成功、多个装置安全顺利投入生产使用，此技术在研发、工程化设计、施工、验收、开车、检修和维护等多个方面日益完善，丰富的经验得以积累，人才储备和技术推广得以顺利进行。多喷嘴对置式水煤浆气化的时代已经开始。
现以多年来参与水煤浆气化装置管道专业工程设计经历，就设计优化谈一点体会，经验分享，以兹共勉。
2 气化炉烧嘴区的优化
气化炉单体试车、联动试车的时候，烧嘴的安装和拆卸比较频繁。四喷嘴对置式气化炉的烧嘴，重量一般在500～600kg左右。气化炉预热至1200℃（不同装置，情况不同），恒温4小时以上，并确认渣口没有堵塞，预热烧嘴停车，封闭炉顶盖，开始安装烧嘴，一般情况下的最低投料温度约在1000℃左右（工艺包里会有说明）。按每个小时降温约100℃粗略计算，最多三个小时内要完成烧嘴的安装、与烧嘴连接管线的安装、煤浆管线建立循环、氮气置换、空分氧输送等一系列连续操作，显然，缩短烧嘴安装时间非常必要。
目前投产的气化装置，多数借助可移动可升降烧嘴支架人工安装烧嘴，2班组或者4班组同时进行。这种安装方式要求气化炉烧嘴层面的管道布置，沿烧嘴安装方向要留出尽可能大的操作空间。
气化炉停车后烧嘴的拆卸也是在气化炉热态状况下完成的，比较常用的方式是借助沿烧嘴安装方向设置的吊环和可移动可升降烧嘴支架，完成烧嘴的拆卸。由于此过程中，烧嘴冷却水还在使用，这就需要烧嘴冷却水系统的布置，能够有利于烧嘴的拆卸。
烧嘴基本上都采用气化框架的电梯运输，而不是采用气化炉顶部吊车，这也就需要设计时留出足够宽的运输烧嘴的通道。
为了方便烧嘴的安装和拆卸，可以进行如下设计优化：
2.1 设备布置优化
气化炉顶部预热烧嘴层设置钢结构层面，并留出吊装孔。每个烧嘴顶部、预热烧嘴层面结构梁底，设置与烧嘴同方向的2吨检修梁。见图2.1.1。借助检修梁，能够更加方便快捷的安装、拆卸烧嘴。
烧嘴层面外挑平台，增加通道。
2.2 管道布置优化：
优化二次氧管线的布置。二次氧管口与烧嘴中心线水平垂直布置，抽烧嘴的时候，二次氧管口可以避开烧嘴冷却水回水管线的三通阀及软管。
优化烧嘴冷却水管线的布置。尽可能保证三通球阀主体中心线与烧嘴中心线垂直，抽烧嘴的过程中，冷却水金属软管与烧嘴可以同时移动。烧嘴冷却水管线的布置，要尽可能的减少占用空间，为人工操作和机组移动提供方便。烧嘴冷却水管线外侧留出1400mm左右的通道，方便烧嘴支架的移动。金属软管接口不宜垂直向上，防止扰力和机械弯折导致金属软管损坏。
煤浆回流管线盲板外侧留出1400mm左右的通道，方便烧嘴支架的移动。
3 氧气管线的布置
氧气管线的布置要满足相关规范、规定的要求，并且保证与流程要求一致。
氧气主管线避让水煤气管线
氧气主管线一般与气化炉水煤气出口管线布置在同一层。而这一层同时也是气化炉支撑层。受气化炉本身结构的限制，一般层高约5200mm。比较典型的6.5MPa的3400mm气化炉的水煤气出口（DN500）距离支座2765mm，气化炉支座一般高出楼面600mm。考虑到上层梁高约900mm，水煤气管线保温厚度100mm，一般上层梁底与水煤气管线保温后管顶之间有600mm左右净距。所以氧气管线宜布置在气化炉水煤气出口相反方向，避让水煤气管线，既能满足规范（GB 16912-2008《深度冷冻生产氧气及相关气体安全技术规程》）要求，也能防止水煤气管线将热量辐射传导给氧气管线。目前进行施
工图设计的兖矿新疆能化项目的气化框架，氧气管线避让水煤气管线的设计，可以作为以后项目同类设计的参考。
氧气放空管线的支架
氧气放空管线从DN80主管线引出，立装切断阀和放空阀，放空阀后一般有降噪板，降噪板后扩径到DN250，引至气化框架顶层以上安全处放空。
比较典型的设计中，气化炉烧嘴层与气化框架顶层高差约12000mm，很明显，氧气放空管线立管非常长，而且在DN80主管线上设置的支架视觉上也显得单薄。一般情况，应力分析后，常常在氧气主管与放空管连接的三通处设置承重架，在放空管线调阀气缸或者膜头处设置弹簧支架，在放空管穿气化炉顶层楼面处设置导向架。
实际上，氧气放空管线弹簧架的位移在2mm以下，载荷有2.6吨。而且，氧气管线安装时要预位移，也就是达到操作态的标高。所以，可以将氧气放空管线在气化炉顶层设置的导向架改为框式承重、X/Z方向导向架，以减少氧气主管线的负荷。三通处保留承重架，同时，为了保护立装调阀，仍然选择弹簧支撑。如果气化炉预热烧嘴层面在氧气管线穿越处设置有楼板，可以在管线穿越处设置导向架。
据初步了解，兖矿国泰气化框架氧放空管线、索普醋酸项目气化框架氧放空管线的支架的设置，同上述内容的优化相吻合。
4 水煤浆管线的布置
水煤浆管线不应有低点和液兜；高压煤浆泵出口主管的排净管应从主管底部切向或者管中心引出，并且排净切断阀尽可能靠近主管线；水煤浆回流、水煤浆炉头排净管线的水平敷设段，要有1%～3%的坡度，不应有低点和液兜；水煤浆炉头排净管线，第一个切断阀要从水煤浆主管顶部引出，且宜靠近主管线；排净分支管线与汇总管线连接处应采用垂直方向45°斜接。
这里还要说明两点：
水煤浆管线进气化炉前，接入的高压氮气管线，其调控阀和止回阀要直连，防止煤浆倒流后堆积结垢。见附图2.1.1。
同一气化炉的四根水煤浆管线布置时，要尽可能做到阻力降相近，以防止烧嘴工况存在偏差。
事实上，水煤浆管线的对称布置是很难实现的。工艺包中规定水煤浆管线压差不大于2％。
结束语
多喷嘴对置式水煤浆气化技术，已经成为超大型煤化工装置建设者的一个有利选择。随着人们对该技术的了解不断加深，也促进了该技术的不断完善。而工程设计人员，在实践中不断探索，不断优化，也使得多喷嘴对置式水煤浆气化技术日趋完备。我们有理由相信，通过各方努力，多喷嘴对置式水煤浆气化技术的前景更加美好。
参考文献
兖矿集团有限公司日处理1000吨煤新型气化炉及配套工程施工图
兖矿国泰第三台气化炉改造工程施工图
索普60万吨/年醋酸造气工艺技改项目施工图
江苏灵谷化工30万吨/年合成氨项目施工图
滕州凤凰粉煤加压气化国产化大化肥多联产项目施工图
神华宁煤83万吨二甲醚项目一期工程施工图