粗煤气管道系统

2024-11-06

粗煤气管道系统（精选4篇）

粗煤气管道系统篇1

整体煤气化联合循环主要是集煤气净化、空气除尘以及高科技系统整合化技术为一体。整体煤气化联合循环电站的优点有很多, 主要是对脱硫装置的投资较低, 并且脱硫的效率较高, 对于有害金属、粉尘以及二氧化碳的排放量较小, 还能够节省水资源。整体煤气化联合循环是目前为止最有发展前途的一项洁净煤发电技术。

一、高温干法净化系统

高温干法在整个进行净化的过程中, 都是需要在600摄氏度的高温下进行的, 这种方法能够有效的将煤气的显热合理的进行利用。根据有关的调查数据显示, 与常温湿法净化法相比, 使用高温干法净化法进行除尘脱硫, 整体煤气化联合循环系统的供电效率能够达到1.5%左右。而且对高温法干法进行的投资也会因为不需要建设废水处理系统以及回收系统而有所降低[1]。

1. 高温干法净化技术和设备

到目前为止, 高温净化除尘的设备大概可以分为两大类, 一个是在离心式除尘器的基础上进行创新的利用惯性的除尘器。第二种是过滤式除尘器, 但是过滤式除尘器比较不耐热, 主要是过滤材料的不耐热, 所以过滤式除尘器的耐热性能还有待提高。

(1) 离心式除尘

离心式除尘器大概分为三种, 一种是高温切流式旋风分离器;一种是多管旋风分离器;另一种是旋流式分离器。高温干法离心式除尘技术, 出了旋风分离外, 其他大部分都能够达到90%以上的除尘效果, 但是只能在某一特定的情况下才能够进行正常的运行, 目前还只是出于实验阶段。相对而言, 高温干法离心除尘旋风分离技术的除尘效率虽然比较低, 但是无论是从含尘浓度还是从其灰尘分布上来讲, 都远远达不到燃气轮机的要求。但是作为煤气除尘设备, 并且与其他形式的除尘技术结合在一起, 能够达到其精确的除尘目的[2]。

(2) 过滤式除尘

过滤式除尘器有很多类型, 陶瓷纤维布袋过滤器、陶瓷纤维毯过滤器、烛状陶瓷过滤器以及金属丝网过滤器等。从整体的结构上来看, 国际上都比较认同烛状陶瓷过滤器、陶瓷纤维过滤器, 认为这是在高温干法净化系统中除尘技术比较好并且最具发展前途的两种。在现阶段, 工作高温处于540摄氏度以上的过滤器都还在处于研发阶段, 还并没有正式投入生产使用。这些过滤器中普遍存在一些问题, 主要的问题是使用寿命都不是很长, 并且工作效率也比较低, 因为设备自身的占地面积比较大, 所以在工作起来并不是十分的便利。

2. 脱硫技术

高温干法脱硫与一般的脱硫技术不同, 它不需要等到气体冷却后在进行, 而是可以将热气直接加入脱硫反应器中。高温干法脱硫的特点主要是:可以对高温煤气进行回收, 而且在回收的高温煤气中, 占热值18%的显热, 还能够将发电率提高2%以上。高温干法与常温湿法不同, 不用去除热煤气中的水汽和二氧化碳, 并且可以直接推动燃气轮机, 增加设备的输出功率。在进行脱硫的过程中, 可以省略热交换装置, 在一定程度上减少了设备的投资, 降低了其发电成本。硫回收的弹性比较大, 可以根据市场的需求进行硫磺或硫酸生产。进行脱硫的煤气中的焦油杂质, 并不会因为冷却而将系统堵塞。

二、常温湿法净化系统

常温湿法净化在化工的生产行业中以及市政的煤气中应用的比较广泛, 设备较为简单, 并且在运行起来比较可靠, 常温湿法净化技术主要包括常温除尘技术以及常温湿法脱硫技术。在常温净化系统中, 这种方法可以有效的去除粗煤气中的有害污染物。在一般情况下, 旋风分离器的粗煤气温度大约在228摄氏度左右, 并且可以同时将灰尘、碱金属化合物以及氮化物进行清除, 进行洗涤后的无尘煤气其温度在150摄氏度左右。显而易见, 在使粗煤气从高温状态降低到上述温度时, 必须注意对煤气显热的有效利用, 反之则会降低热煤气的工作效率。

1. 常温湿法净化技术和设备

在一般情况下, 为了有效利用煤气的显热, 从气化炉中出来的高温煤气则必须要进行多次的冷却, 将温度降低在225摄氏度左右, 然后在进入到旋风分离器中进行第一次除尘, 经过除尘可以将含有未燃烧完碳质的颗粒有效的分离出来, 经过几次的循环后再回到气化炉中, 最终提高煤在气化炉中的转化率。通常对于洁净煤气中的含尘质量要求都要每立方米1到2毫克之间[3]。

2. 脱硫技术

常温湿法脱离技术在目前还没有十分成熟, 所以还没有得到广泛的使用, 而且其系统操作起来比较复杂, 价格也比较偏贵, 粗煤气的显热损失这样一来就比较大。通常情况下, 气化炉中的煤气所含有的硫化物分为两大类, 一种是无机硫化物, 一种是有机硫化物。在煤气进行脱硫后, 所脱出来的硫还能够提供给商业使用, 在一定程度上节省了资源。

结束语:对煤气进行的有效净化是整体煤气化联合循环系统能够成功运行排放的有力保障。在现阶段, 先不看常温湿法煤气处理的缺点, 也就是还需要建立废水处理系统和回收系统, 常温湿法煤气处理方案还是比较可行的。所以在现阶段, 整体煤气化联合循环电站对煤气净化除尘采用的是MDEA法进行脱硫。高温净化的方法以其简单的操作, 便宜的价格这些优点胜过了常温湿法粗煤气净化法, 最终帮助整体煤气化联合循环系统实现了二氧化碳零排放。

参考文献

[1]马顺勤.Aspen Plus对整体煤气化联合循环系统的模拟研究[D].北京:华北电力大学, 2012.

[2]许世森.论整体煤气化联合循环 (IGCC) 中煤气净化技术的选择[J].动力工程, 2014, 05 (08) :250-255.

[3]白玉峰.整体煤气化联合循环 (IGCC) 发电系统性能计算与分析[J].黑龙江电力, 2011, 04 (13) :251-253.

粗煤气管道系统篇2

1煤气知识

煤气是有毒易燃气体，经常少量吸入会损害人体健康，超量吸入可以致死，在空气中或氧气中，若高于上限或低于下限含量时，在明火密封条件下会发生鸣爆。

煤气中毒是指一氧化碳中毒，一氧化碳是无色、无味的可燃气体，燃烧时呈蓝色火焰，占空气的比重是0．967，一氧化碳被吸入人体后与血液中的血红素结合成为“碳红血素”使人体血液中的血红素表面失去供氧能力，造成神经系统严重缺氧，重者很快死亡。

一氧化碳中毒程度轻重与空气中一氧化碳浓度大小、呼吸的时间长短、人的身体强弱有关。含量微小则不致引起人体失常，经过改变工作条件到新鲜空气的场所和适当休息后，可以逐步恢复，若含量较浓就容易中毒。

轻度中毒，表现为头痛、眩晕、耳鸣、恶心、呕吐、呼吸困难、全身疲劳无力、精神不振。

中度中毒，除表现出轻度中毒的症状，会迅速发生意识障碍、瞌睡、全身显著软弱无力，甚至肢体瘫痪、痉挛，并由于精神障碍可引起各种错觉等。

重度中毒，迅速进入昏迷状态，呼吸微弱，甚至很快停止呼吸，一氧化碳中毒时，全身常显铜绿色，中毒时间长时，也有发生皮疹等症状。

由于煤气中毒是一氧化碳中毒，通常用控制空气中的一氧化碳含量来控制煤气的毒性，煤气中的其它气体同样对人体有害，所以煤气设施的密封性十分重要。在工业上，为避免中毒，使用时应使煤气燃烧完全，输送管理应有高度的密封性，另外，在使用煤气的设备厂房中应有通风设施，家庭民用煤气，需尽力采用高、中热值和一氧化碳含量低的能源，并在煤气中加臭，一旦有漏气即会被人发觉，此外，在点火、灭火时须特别留意，以防止发生中毒事故。

2安全工作与注意事项

（1）尽量避免明火带入车间及煤气管道前。如烟火等。

（2）无法避免的明火要速战速决，如点火的火把、钳子等在工作完毕后，迅速冷却，以免局部发生煤气事故引起明火。

（3）动煤气的工作，都不得少于两人。

（4）经常注意风向，各种工作尽量在上风头进行，如放散等。

（5）在有煤气的地方工作，需照明要用安全灯泡，并要有保护罩。

（6）进入煤气管道及有煤气的地方工作，要有安全防护工具、劳动保护用品穿戴齐全。

（7）创造安全的生产环境，任何员工、任何工作必须在“安全第一”的前提

下进行。

3原料车间

（1）检查所有阀门、管道，保证不漏不泄，检查所有仪表仪器是否正常，检查鼓风机是否正常运转，发现问题及时处理，并报告上级部门。

（2）打开放散置换煤气管道中的空气，防爆试验合格后，方可点火操作。

（3）升温要按上级的指令缓慢升温。

（4）严禁只开煤气不开空气或少开空气的违章作业，应风压大于煤气压。

（5）保证烟道畅通，防止热气喷出伤人。

（6）温度一般在1200℃-1300℃之间，要合格的煅白，满足下道工序的用量。

（7）勤观察火焰颜色为透明的淡青色正常，浑浊的火焰是风量小，火焰闪耀夺目是温度超高风量大，一般正常温度为桔黄色。

4还原车间

（1）上岗员工必须了解煤气成份、CO、CO2O2H2CH4 CnHm。

（2）煤气必须按照要求正确使用，有问题及时向车间、调度汇报。

（3）吹扫和置换煤气管道中的空气过程中，严禁在煤气管道上拴、拉电焊线、煤气设施周围40m内严禁火源。

（4）煤气设施内部气体置换是否达标，必须做防爆性试验，置换时间15-20分钟。

（5）点火前严格检查系统，关闭燃气锅炉炉门、冷风口、清灰口，尽可能减少空气进入烟道，抬起闸板以保证燃烧系统有一定的负压。

（6）点火程序必须先送火种后给煤气，严禁先给煤气后点火，其炉膛温度超过800度时，可不点火直接送煤气，但应严密监视其是否燃烧。

（7）送煤气时不着火或着火后又熄灭，应立即关闭旋塞，查清原因，排净炉内混合气体，再按程序重新点火。

（8）点火时应先开鼓风机，但不送风，待点火送煤气燃着后再送风，并调整风量和煤气量，使其达到燃烧要求。停煤气时，应首先关闭所有的烧嘴，而后蝶阀、总阀，最后停鼓风机。

（9）风压力和煤气压力配比必须合理，风压必须大于煤气压力。

（10）每个炉子的烟道闸板应根据实际情况和天气变化情况，并根据各炉的情况调整好炉子的微负压操作。

（11）煤气系统的各种管道送煤气时打开放散，置换空气，待检验煤气合格后，才能关闭放散。

（12）发生煤气爆炸后，应立即切断煤气来源，迅速将残余煤气吹扫净，立即弄清事故原因，采取有效措施，严防冒险抢救和事故扩大。

（13）检查煤气压力不低于1000Pa，助燃风压不低于2000Pa，发现不符合要求，立即停煤气，步骤：先关旋塞→蝶阀→总阀。

（14）每天应用煤气检测仪检查一次支管、旋塞、放散处、取样处、总阀是否漏气，防爆板处是否合格不漏气，发现异常及时报告及时处理。

（16）3-5天放一次煤焦油，最少二人操作站上风方向。

（17）调温操作

①班前三检查，检查所有的阀门管道，检查所有的仪表、仪器，检查所有的电器设备（风机），发现问题及时排除并及时向上级报告。

②接上级通知，煤气化验合格，方可点火操作。

③调节煤气阀门、风阀门使煤气正常燃烧，火焰颜色为透明的淡青色，如火焰色是浑浊黄色有烟，说明风量不足；火焰颜色过于发亮而闪耀夺目，说明风量过足，需及时调整风与煤气的配比。

④缓慢升温，每30分钟最少观察一次煤气、火焰、炉膛温度、热风压力、各测温点、及时调整，并做好运行记录。

⑤严禁总阀调温，严禁蝶阀调温，必须旋塞调温，并观察每个烧嘴。

⑥严禁炉膛内局部温度过高，烧坏还原罐。

⑦配风一般在正常情况下3齿至4齿风，一般不要超过6齿风。

⑧还原炉前期温度1150℃，装完罐开始抽真空，90分钟至2小时内升到1200℃为中期温度，出罐前2小时至3小时温度升到1220℃为后期温度。一个冶炼周期中途禁止温度下跌，要保证恒定为宜，炉膛内热场一致。

⑨绝对禁止弄假温度，绝对禁止不给风、火焰过长操作，造成流镁影响生产。⑩前期炉温偏高，造成大量的镁蒸汽析出，结晶速度过快结在波纹管内，形成假真空，造成烧镁现象或造成卡罐现象。

⑾前期温度偏低，出现结晶器内镁少不均匀，小头镁结晶疏松，影响产量，禁止升温过程中温差大，中途温度下跌，造成二次结晶。

5精炼车间

（1）操作煤气与温度的员工上岗前劳保用品要穿戴齐全。

（2）煤气使用参照还原车间《煤气操作》。

（3）酸洗烘干烧嘴要有专人负责管理。

（4）炉膛温度950℃～1100℃。

（5）先给煤气后送风，风压一般在蝶阀的2-3齿处，调整煤气，火焰淡青色，无浑浊火焰炉膛处喷射。

（6）严禁风大操作，以免烧坏坩埚，勤观察一般淡红色的火焰为正常。6车间主任职责

（1）贯彻执行上级领导颁发的有关煤气方面的安全制度及规程。

（2）组织有关单位和员工、干部学习煤气安全知识，安全制度及救护知识，组织车间义务救护队培训工作，并定期检查。

（3）经常进行定期或不定期的煤气安全检查，及保护的调查研究工作，并提出整改措施。

（4）对煤气危险区域定期或不定期的测定一氧化碳的含量，发现事故隐患应及时向有关单位提出安全措施并督促按时解决。

（5）审查煤气作业的安全措施，测定危险工作前的煤气含量，并做好防护工作。

（6）负责煤气中毒、着火、爆炸事故的抢救维护工作。

（7）煤气爆炸的处理

①对爆炸的设备或管段应立刻切断煤气来源，关闭闸阀或水封。

②向爆炸的设备或管段通入大量蒸气，将内部残余煤气吹干净，以防止逆火再爆炸。

③急救人员应戴氧气呼吸器，现场监督处理。

④对爆炸现场通风。

⑤爆炸如发生着火，应按火事故处理。

⑦全面检查被爆炸的设备及附属装置，如水封水位是否降低，防爆阀盖是否盖严，火孔是否被喷出等。

⑦未查明发生事故的原因，设备不准送气。

⑧设备爆炸破裂应组织抢修或调整。

（8）煤气着火处理

原因：煤气中含有一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体，若煤气设备管道有不严密处时，因内部压力而向外泄漏煤气，遇高温或明火即能着火，并能引发火灾。

处理：1)管径在100毫米以下的煤气管道着火时，可直接关闭闸阀熄火。2)管径在150毫米以上的煤气管道着火时，应逐渐降低煤气压力，通入大量的蒸气或氮气熄火，但煤气压力不得小于500Pa，同时严禁突然完全关闭煤气闸阀或水封，以防回火爆炸。3)动力设备烧红时不得用水骤然冷却。4)煤气闸阀，压力表及蒸气、煤气、管头均应统一编号，并指定专人负责。5)灭火后，用水封或闸门将煤气切断，对着火处进行检修，法兰着火后要换垫，裂口着火后要打卡子或焊补修理。6)煤气管道内焦油着火时可将人孔散管等所有通风口全部密闭，使其窒息，或通入大量蒸气使其自然灭火。7)当发现泄漏煤气时，虽未着火，应立即处理。8)急救人员灭火时，必须佩戴氧气呼吸器，站于上风头，以防止中毒及氧气呼吸器的氧气瓶因高温而爆炸。

（9）一氧化碳中毒急救

急救时，一般采用“输氧”“人工呼吸”“针疚疗法”等办法，因为人体发生中毒，主要是缺氧现象，一氧化碳分离血红素的程度比氧气离开血红素的程度慢300倍，因此要给中毒者吸入纯氧，能消除缺氧现象，使一氧化碳血红蛋白分解，恢复氧血红素的解离过程，此外CO2尚可刺激呼吸，因而加强肺的换气，也就加速了一氧化碳从肺部排出人体的过程。

针刺疗法是穴位取人中、涌泉以毫针旋转刺入，人中针三分，涌泉针五分，采取强烈的手法，进针后迅速旋转捣动，一般在1-2分钟后起针，然后使中毒者休息片刻。

对任何一氧化碳中毒者，必须立即从危险地区抢救到空气新鲜温暖处，解开衣扣使其呼吸自由，注意检查中毒者的意识状态，呼吸与心脏的活动情况，外伤状态等，查明情况进行急救，各种程度中毒急救。

①轻度中毒：

中毒者尚有知觉，扶中毒者到新鲜空气处，散步和休息，应给其臭氨水，喝浓茶，咖啡或少量白酒，如身体发冷应加盖衣物，暖水袋或磨擦等，使其温暖。

②中度中毒：

中毒者失去知觉，但尚能呼吸，将中毒者抬到空气新鲜的地

方，给臭氨水，清洗中毒者嘴内杂物，给输入氧气，给中毒者保温，不要受凉，当恢复知觉后，给喝浓茶、咖啡或少量白酒，并使其安静休息，请医生诊断。

③重度中毒：

粗煤气管道系统篇3

高炉炉顶粗煤气管道系统几何关系一般均超出《钢结构设计规范》[1]中关于钢管结构的限值，为典型的薄壁构件。高炉大型化是世界性趋势，也是我国高炉结构调整的重要任务。高炉大型化对炉顶粗煤气管道系统带来的显著改变之一是下降管长度的增加，由于一端支撑在球节点上，下降管长度增加将会加大本身变形，同时也会恶化球节点的受力状态，这都使得整个体系的受力分析尤为重要。完善的有限元理论和成熟的计算机技术，为对此类问题进行较为精确的数值仿真分析提供了方便。本文将以某大型高炉工程为背景，运用目前流行的通用有限元软件ANSYS10.0，对由上升管、五通球和下降管等组成的炉顶粗煤气管道系统进行数值计算分析，以求进一步明确粗煤气管道系统的受力特性，尤其是五通球的受力状态和下降管的变形特性。

2 厚壳曲面单元

壳体结构是薄壁曲面空间结构，受力性能好，能够充分发挥材料的潜能，在工程中有着广泛应用。壳体一个方向的几何尺度比其它两个方向小得多，可做一定力学假设，使之简化为二维问题。这种简化方便了解析方法求解，也可避免数值求解中因系数矩阵的元素数值相差过大而造成的求解困难[2]。

当壳体的厚度L和曲率半径R满足(t/R)max>1/20时，可以认为壳体相对较厚[3]，此时横向剪切力所引起的剪切变形将会引起壳体附加挠度,剪切变形对壳体应力状态的影响不能忽略。厚壳曲面单元（见图1）是一种常用的壳体单元，它考虑横向剪切变形，同时假定中面法线在变形后保持为直线（不一定与中面垂直），忽略中面正应力引起的应变能。ANSYS10.0中SHELL93就是一种常用的厚壳曲面单元[4,5]。厚壳曲面单元简述如下[6]。

单元内任意一点的整体坐标为：

单元内任意一点的位移：

整体坐标单元应力矩阵：

3 计算条件及有限元模型

某高炉工程高炉容积为4000m3，高炉和重力除尘器水平两个方向分别相距52.5m和16.5m。炉顶粗煤气管道系统从44m标高处由4根上升管引出，向上汇交于球节点（标高97.3m），再由下降管通向重力除尘器，下降管在51m标高处和除尘器框架可靠连接。4根上升管底部呈正方形分布，相距14.5m。上升管内径2.3m，球节点内径6m，下降管内径3.6m。

本文进行线弹性有限元计算分析。上升管、五通球和下降管用Shell93单元离散，梁和柱用Beam188单元离散，支撑用Link8单元代替。上升管与炉顶平台的连接按照铰接考虑，下降管与除尘器框架的连接按照刚接考虑，除尘器框架柱底按照刚接考虑。建立的1:1有限元模型如图2所示。

4 荷载及组合

4.1 荷载

本文考虑的荷载和作用有：结构自重；平台活荷载；设备恒荷载；设备活荷载；积灰荷载；雪荷载；风载；温度作用；地震作用。

4.2 组合

1）荷载基本组合

考虑以下四种：

(1）永久荷载效应控制；

(2）可变荷载效应控制；

(3）地震作用参与(不考虑风荷载)；

(4）地震作用参与(风荷载组合系数取0.2)。

2）荷载标准组合

考虑以下二种：

(1）地震作用参与(风载组合系数0.2)；

(2）不考虑地震作用。

5 计算结果及分析

经过多次试算调整，最终采纳的粗煤气管道各部分厚度为：

上升管下部：16mm;

上升管在与五通球连接附近：30mm;

五通球：40mm;

下降管在与五通球连接附近：30mm;

下降管中间部位：20mm;

下降管在与重力除尘器连接附近：30mm。

粗煤气管道均为钢材,经有限元程序作静力计算后,采用第4强度理论给出各点等效应力值（即八面体剪应力值）,并绘出了上升管、五通球和下降管在几种主要荷载及组合作用下的应力云图和位移图,使管道系统应力分布及位移情况一目了然。例如，地震作用参与且考虑风荷载组合作用下五通球的等效应力如图3所示；地震作用参与组合时的位移如图4所示。为了简明,将各种状态下管道系统最大等效应力列于表1中，将各种状态下管道系统最大位移列于表2中。

由表2可以看出，下降管在风荷载、自重等组合作用下的空间位移值为174.867mm,70.42×1000/174.867=1/403<1/400，满足《钢结构设计规范》要求，且自重（包括耐材和均压主管重量）是主要构成因素。上升管垂直长度为56.3m，在地震作用参与的标准组合作用下的最大位移为230mm，按照悬臂构件考虑，2×56.3×1000/230=1/490<1/400，满足《建筑抗震设计规范》[8]GB50011—2001要求，且地震作用是主要构成因素。

球节点与下降管和上升管相连部位局部的应力最大值可达到390MPa，如果采用Q345-B级钢材，则该部分应力超过屈服强度，但是应力超出屈服强度的范围较小，对于球节点这种特殊结构，局部出现屈服是容许的，这些部位可以采取加强性构造措施。下降管自重（包括耐材和均压主管）是引起五通球局部应力较大的主要因素。当高炉容积一定时，合理的下降管直径是一定的，此时，缩短下降管的长度意味着减小下降管分担给五通球的荷载，这将最直接地改善五通球的受力状态。

整体而言，上升管和下降管的应力较小。上升管拐弯附近，以及下降管中部上下表面的应力相对较大，在130MPa左右。

对于下降管起控制作用的是变形，为了减小下降管的变形，需要获取较大的截面惯性矩与下降管自重之比，就此而言，当总图布置一定（即下降管的长度一定）时，土建专业增加下降管璧厚显然不如工艺专业增加下降管管径来得块。因此，在工艺可行的情况下，加大下降管的管径，减小壁厚（与五通球相交的部位除外），则可以获取较大的刚度与自重之，能够有效地减小下降管变形，还能更加充分利用下降管钢材的强度，同时也有利于改善五通球的受力状况。

我国部分已投产高炉炉顶粗煤气管道系统遇到的问题主要集中在上升管和下降管汇合处管皮和焊缝开裂，以及下降管变形过大[7,7,8]。由表1，表2不难看出，高炉粗煤气管道系统荷载效应的主要矛盾突出在两个方面：球节点与上升管和下降管相交部位的应力较大以及下降管挠度较大，这与的实际问题比较吻合。

6 结论

本文以某大型高炉工程为背景，为运用通用有限元软件ANSYS10.0对高炉炉顶粗煤气管道系统进行了三维数值计算分析。通过本文的工作，可以看出：

1）除了上升管、下降管与五通球相交处局部小范围应力超过所用钢材屈服强度外，本文所计算的高炉炉顶粗煤气管道系统满足相关规范的关要求，但是与规范规定的限值非常接近。

2）高炉炉顶粗煤气管道系统荷载效应的主要矛盾突出在两个方面：球节点与上升管和下降管相交部位的应力较大以及下降管挠度较大，这与我国部分已投产高炉炉顶粗煤气管道系统遇到的实际问题比较吻合。

3）工艺专业确定高炉炉顶粗煤气管道大小时，在满足要求的情况下，宜将下降管管径取偏大值，以便获取较大的刚度，同时采用新型高效耐火材料，有效降低管内喷涂的重量。这是减小下降管挠度，改善五通球受力状况的最有效途径。

4）总图专业在总图布置的时候，建议考虑到高炉炉顶粗煤气管道系统结构设计方面的与合理性，尽量将下降管布置在高炉中心线上，尽量缩减下降管长度。这是提高该系统的结构安全可靠性能的基本前提。

参考文献

[1]GB50017—2003钢结构设计规范[S].

[2]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理与数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997.

[3]杨桂通.弹塑性力学[M].北京:人民教育出版社,1980.

[4]倪栋,段进,徐久成,等.通用有限元分析ANSYS7.0实例精解[M].北京:电子工业出版社,2003.

[5]任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[7]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].北京:中国水利水电出版社,1998.

[7]GB50011—2001建筑抗震设计规范[S].

粗煤气管道系统篇4

焦化厂炼焦过程中焦炉炭化室导出的煤气温度达650℃～700℃, 必须冷却。煤气在桥管和集气管内的冷却, 是用循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细雾状的氨水与煤气充分接触时, 高温煤气放出大量显热, 使氨水雾滴迅速升温和汽化, 将煤气温度降到80℃～85℃。

由于固定管板式列管换热器结构简单、紧凑、造价低, 所以焦化厂粗煤气冷却采用固定管板式换热器[1]。

1 固定管板式列管换热器的结构

固定管板式列管换热器的结构主要有封头、管箱、壳体、管板、换热管、拉杆、折流板、仪表接口、接管法兰、膨胀节、排气孔、支座等[2], 如图1所示。

2 固定管板式列管换热器结构改进设计

2.1 设计参数

固定管板式列管换热器主要设计参数如表1所示。

2.2 材料的选择

材料的选择主要考虑焦化厂粗煤气冷却用固定管板式列管换热器工作过程中的介质特性和工艺特性, 以及设备制造过程中材料的焊接性、工艺性和经济性, 如表2所示。

2.3 管箱封头盖板的改进设计

换热器使用的盖板在制造中一般要用厚钢板进行锻造, 制造比较困难。为此本设计使用30 mm的封头板, 盖板重量大大减轻, 同时检修方便。

2.4 进出口设计

2.4.1 接管外伸长度

经计算可知管程接管规格为φ114×3.6 mm;壳程接管规格为φ219×6.3 mm

2.4.2 接管与筒体、管箱壳体的连接

均采用插入式焊接结构, 接管不得凸出壳体内表面。

2.5 管板与换热管改进设计

2.5.1 管板设计

管板延长部分兼做法兰, 其结构如图2所示。

2.5.2 管板与换热段连接接头失效分析及改进

列管式换热器换热管与管板的连接形式主要有胀接和焊接两种, 本设计中管板与换热段连接采用焊接, 换热器在生产中由于应力作用及腐蚀等问题而引起列管式换热器失效, 造成非计划停车, 严重影响了生产。焊接时, 由于高温产生热影响区的附近组织出现塑性变形, 加上焊接时未完全按工艺要求施焊, 易形成较大的残余应力和应力集中, 这是产生腐蚀的主要原因。

(1) 结构设计上的改进。在壳程上层的冷却水出口处前增设溢流挡板, 保证冷却水充满整个空间, 消除壳程冷却水空隙形成的空气层, 避免上管板与换热管连接处干湿变化引起的腐蚀;换热管与管板的连接采用强度焊加贴胀的结构, 贴胀消除管与管板孔之间的间隙防止间隙腐蚀的产生, 并增强抗疲劳破坏的能力;采用液压胀管, 增加管板厚度, 保证胀接长度。

(2) 制造过程中的几个问题。严格控制管孔的加工精度;折流板与管板必须固定在一起加工, 最后拆开进行一次扩孔、倒角, 以保证所有管孔同心;换热管外径偏差必须符合国标;控制焊接工艺, 防止大电流焊接引起过热, 造成组织晶粒过大及产生过大的残余应力。不允许有气孔、裂纹及夹渣等缺陷;贴胀采用液压胀接的方法, 保证管板与管的连接处胀度一致, 整个长度上应力均匀分布;设备制造完毕后进行水压试验, 保证时间适当延长, 可以消除部分应力。水压试验合格后进行气密性试验;设备安装前, 对两端管板进行涂层防腐处理, 防腐层应紧密, 不能有脱壳。

2.5.3 换热管的排布设计

换热管排布形式为三角形排布[3], 其结构如图3所示。

2.6 膨胀节的选型

采用波形膨胀节, 由于壳体流速较大, 故需设置内衬套, 其结构如图4所示。

按GB 16749-1997选取膨胀节规格:膨胀节ZDWC 600-0.6-1×6×1× (Q235-A)

2.7 拉杆与定距管

根据计算, 拉杆总长按实际需要取为2600mm。定距管的尺寸与所在换热器的换热管规格相同, 即φ25×2.5 mm。

2.8 管板与法兰连接

管板与法兰连接采用螺栓连接, 密封面型式为凹凸密封面。

2.9 排气管与排液管设计

其接管规格及接管法兰规格分别按GB/T17395-1998和GB/T9115.2-2000选取。

2.1 0 支撑结构设计及选型