延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，是一種石化塔器運行安全評價軟件，相對與現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估手段，該系統(tǒng)能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進(jìn)行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評估方法中新增加了兩種方法，分別為高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論的安全評估方法。該系統(tǒng)將焦炭塔的有限元分析與現(xiàn)有規(guī)范的多種評價手段以軟件分析的方式集中體現(xiàn)出來，用戶根據(jù)有限元分析結(jié)果求出塔體的危險點及危險時段，并在危險點出安裝傳感器以求出其真實受力與溫度載荷，并根據(jù)多種失效理論評估方法對焦炭塔進(jìn)行安全評估，本發(fā)明能夠很好地實現(xiàn)延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估。
【專利說明】延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油化工行業(yè)焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，特別涉及延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)。

二、【背景技術(shù)】
[0002]從1930年第一套延遲焦化裝置在美國投產(chǎn)和1938年第一套水力除焦的延遲焦化裝置誕生以來，以美國為首的延遲焦化技術(shù)得到快速發(fā)展。隨著國內(nèi)外延遲焦化技術(shù)的提高，延遲焦化設(shè)備的設(shè)計制造也日益趨于大型化合理化。從我國第一套30萬噸/年延遲焦化裝置至2011年的多年發(fā)展，我國的延遲焦化總加工能力超過1100萬噸/年，延遲焦化工藝已成為目前國內(nèi)最主要的重油加工手段。
[0003]焦炭塔作為延遲焦化環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，工況苛刻、塔體內(nèi)部在工作各階段應(yīng)力應(yīng)變復(fù)雜多變，且每個工作周期內(nèi)塔體各部都承受著常溫與高溫的劇烈循環(huán)熱沖擊，從而使得焦炭塔在服役期間產(chǎn)生了諸如塔體各塔節(jié)形變，裙座處過渡段焊縫、塔節(jié)相接處環(huán)焊縫及堵焦閥接管部位出現(xiàn)裂紋等問題。
[0004]為了保證焦炭塔在服役期內(nèi)的正常運行，提高經(jīng)濟(jì)效益，防止事故的發(fā)生，就必須對焦炭塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞失效形式和可靠性分析以及剩余壽命的評估進(jìn)行深入研究。
[0005]目前現(xiàn)有的安全生產(chǎn)規(guī)范規(guī)定的常規(guī)檢驗檢測手段為定期設(shè)備停機后對其進(jìn)行金相檢測、磁粉檢測、超聲波無損探傷、全站儀結(jié)構(gòu)尺寸測量等。通過以上手段的定期停機檢驗從而做出設(shè)備安全性定性評估。常規(guī)檢驗檢測手段為周期離線式、定性式材料結(jié)構(gòu)安全性評估，不能及時有效判斷設(shè)備運行危險點且必須設(shè)備定期停機檢查，給我國石油化工行業(yè)延遲焦化設(shè)備長周期運行帶來困難。
[0006]現(xiàn)有評估方法一般為高溫低周疲勞或蠕變損傷理論，而大型焦炭塔的損傷失效中疲勞損傷與蠕變損傷同時存在，高溫蠕變恢復(fù)對塔體結(jié)構(gòu)具有重要影響，并且焦炭塔還同時存在著彈塑性變形的損傷。但目前對這些問題的定量研究還比較少，因而在實際的結(jié)構(gòu)分析中上述效應(yīng)都未加考慮。
[0007]因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)測，不需要停機檢查，對焦炭塔長期高效的運行帶來很大益處，同時，本發(fā)明在常規(guī)評估手段的基礎(chǔ)上還運用了結(jié)合高溫低周疲勞與蠕變的線性耦合評估方法與基于彈塑性損傷失效理論的評估方法，對焦炭塔進(jìn)行了全面的安全評估。

三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)對焦炭塔離線與停機檢測的問題，完善現(xiàn)有焦炭塔安全評估方法，以及填補現(xiàn)在對焦炭塔安全評估系統(tǒng)的空白。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，相對與現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估手段，該系統(tǒng)能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進(jìn)行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評估方法中新增加了兩種方法，分別為高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論安全評估方法和基于彈塑性損傷失效理論安全評估方法。該系統(tǒng)是由工藝模式和設(shè)計模式兩個入口構(gòu)成，工藝模式由運行工況設(shè)置模塊、參數(shù)檢查模塊、仿真分析結(jié)果展示模塊、塔體三維云圖顯示模塊、云圖選擇模塊、關(guān)鍵點歷程追蹤模塊和安全評估模塊構(gòu)成，設(shè)計模式由工作區(qū)模塊、數(shù)值模擬模塊、硬件接口模塊、安全評估模塊、數(shù)據(jù)模塊和幫助模塊構(gòu)成，通過工況設(shè)置模塊與參數(shù)檢查模塊對焦炭塔進(jìn)行有限元分析，在仿真分析結(jié)果展示模塊中查詢危險點與危險時段，在危險點安裝傳感器，采集其危險時間段的溫度與應(yīng)力值，結(jié)合實時測得的真實受力與塔體材料的表征參數(shù)運用安全評估模塊中的經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進(jìn)行安全評估，以實現(xiàn)對焦炭塔的實時在線監(jiān)測；
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，針對140萬噸/年級延遲焦化焦炭塔獨特設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料及生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行精確有限元仿真建模，模型假設(shè)在進(jìn)料、進(jìn)汽和進(jìn)水過程中塔內(nèi)介質(zhì)周向溫度分布均勻不變，塔壁料位計、熱電偶等檢測設(shè)備小開孔忽略不計，外圍設(shè)備、風(fēng)載與地震載荷不予考慮，其余結(jié)構(gòu)尺寸及條件均完全按照塔體實際運行情況輸入系統(tǒng)精確建模，仿真計算確定出工作危險點及工作危險時間段。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，根據(jù)計算結(jié)果，在危險地處安裝傳感器，采集其危險時段內(nèi)實時的溫度與應(yīng)力參數(shù)，根據(jù)焦炭塔的實時情況進(jìn)行分析，實現(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)測，并根據(jù)最新數(shù)據(jù)對焦炭塔有限元模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整更新，以解決焦炭塔離線分析不準(zhǔn)確的問題。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于在常規(guī)的高溫低周疲勞損傷理論與蠕變損傷理論的基礎(chǔ)上，新加入了彈塑性損傷理論和高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論的兩種評估方法，以實現(xiàn)對焦炭塔更全面的分析。
[0013]有益效果:
[0014]a.本發(fā)明采用了在焦炭塔危險點上安裝傳感器，采集其危險時段內(nèi)的溫度與應(yīng)力參數(shù)，根據(jù)焦炭塔的實時情況進(jìn)行分析，實現(xiàn)對焦炭塔的在線監(jiān)測，并根據(jù)最新數(shù)據(jù)對焦炭塔有限元模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整更新，以解決焦炭塔離線分析不準(zhǔn)確且需要停機檢查的問題。
[0015]b.本發(fā)明是在常規(guī)的高溫低周疲勞損傷理論與蠕變損傷理論的基礎(chǔ)上，新加入了彈塑性損傷理論和高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論的兩種評估方法，以實現(xiàn)對焦炭塔更全面的分析。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1:系統(tǒng)歡迎界面示意圖。
[0017]圖2:系統(tǒng)工藝模式界面。
[0018]圖3:系統(tǒng)設(shè)計模式界面。
[0019]圖4:設(shè)計模式工作區(qū)模塊菜單。
[0020]圖5:設(shè)計模式數(shù)值模擬模塊菜單。
[0021]圖6:設(shè)計模式硬件接口模塊菜單。
[0022]圖7:設(shè)計模式安全評估模塊菜單。
[0023]圖8:設(shè)計模式數(shù)據(jù)模塊帶單。
[0024]圖9:設(shè)計模式幫助模塊菜單。
五、具體實施措施
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但它們不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限制。
[0026]見附圖1的系統(tǒng)歡迎界面示意圖所示，設(shè)置了兩個入口:“工藝模式”與“設(shè)計模式”。圖2 “工藝模式”適合現(xiàn)場工作人員日常監(jiān)控使用，圖3 “設(shè)計模式”適合精通有限元分析、數(shù)據(jù)庫管理專業(yè)知識的技術(shù)人員使用。兩個入口的區(qū)別僅在于人機交互界面的設(shè)計及功能多寡的使用，背后的技術(shù)支持是一致的。
[0027]圖4工作區(qū)模塊可以新建工程或打開以保存的工程，圖5作為前處理的數(shù)值模擬模塊，建模部分依次需要用戶導(dǎo)入需要研究的塔器(焦炭塔)模型、四種材料屬性，工況部分需要用戶劃分好焦炭塔四種工況下的載荷進(jìn)行輸入，計算分析部分由用戶檢查計算輸入、設(shè)定計算步長、收斂條件運行計算。虛擬傳感器即為關(guān)鍵點的設(shè)定，用戶追蹤塔體不同位置的參數(shù)變化。結(jié)果部分將顯示數(shù)值模擬部分的數(shù)值結(jié)果(表格形式)、狀態(tài)分布(云圖形式)。圖6硬件接口模塊為應(yīng)力/應(yīng)變片、熱電偶、全站儀等硬件的接入，根據(jù)仿真分析結(jié)果在危險點出安裝的傳感器將對焦炭塔運行過程中危險時段的溫度與應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行采集，并返回到該系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)真實應(yīng)力進(jìn)行安全評估。圖7為后處理的安全評估模塊，綜合了由力學(xué)實驗支撐的經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進(jìn)行安全評估，以及另留有的腐蝕性分析、安定性分析方法。亦可打開實驗報告查看實驗支撐的具體數(shù)據(jù)，還可查看現(xiàn)行的壓力容器規(guī)范，設(shè)定生成報告所需的模板，最終生成安全評估報告。圖8數(shù)據(jù)模塊用于用戶管理多次安全評估所獲結(jié)果，使用不同權(quán)限對多次運行評估軟件所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、比對、維護(hù)，從中尋找關(guān)聯(lián)、差異，為工藝改進(jìn)提供意見。圖9幫助模塊羅列了該軟件的使用方法、理論支持、操作算例供用戶求助查看，還有產(chǎn)品信息、技術(shù)支持可供用戶與軟件制作人員聯(lián)系不斷改進(jìn)該延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)軟件。
【權(quán)利要求】
1.一種延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，相對與現(xiàn)有的監(jiān)測和安全評估手段，該系統(tǒng)能夠依據(jù)延遲焦化焦炭塔運行數(shù)據(jù)在線進(jìn)行監(jiān)測及安全評估，并在現(xiàn)有的安全評估方法中新增加了兩種方法，分別為高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論安全評估方法和基于彈塑性損傷失效理論安全評估方法，該系統(tǒng)是由工藝模式和設(shè)計模式兩個入口構(gòu)成，工藝模式由運行工況設(shè)置模塊、參數(shù)檢查模塊、仿真分析結(jié)果展示模塊、塔體三維云圖顯示模塊、云圖選擇模塊、關(guān)鍵點歷程追蹤模塊和安全評估模塊構(gòu)成，設(shè)計模式由工作區(qū)模塊、數(shù)值模擬模塊、硬件接口模塊、安全評估模塊、數(shù)據(jù)模塊和幫助模塊構(gòu)成，通過工況設(shè)置模塊與參數(shù)檢查模塊對焦炭塔進(jìn)行有限元分析，在仿真分析結(jié)果展示模塊中查詢危險點與危險時段，在危險點安裝傳感器，采集其危險時間段的溫度與應(yīng)力值，結(jié)合實時測得的真實受力與塔體材料的表征參數(shù)運用安全評估模塊中的經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論評估方法對焦炭塔進(jìn)行安全評估，以實現(xiàn)對焦炭塔的實時在線監(jiān)測。
2.如權(quán)利要求1所述的安全評估系統(tǒng)，工作區(qū)模塊可以新建工程或打開已保存的工程，作為前處理的數(shù)值模擬模塊，數(shù)值模擬模塊的建模部分依次需要用戶導(dǎo)入需要研究的焦炭塔模型、四種材料屬性，數(shù)值模擬模塊的工況部分需要用戶劃分好焦炭塔四種工況下的載荷進(jìn)行輸入，數(shù)值模擬模塊的計算分析部分由用戶檢查計算輸入、設(shè)定計算步長、收斂條件后運行計算，數(shù)值模擬模塊的虛擬傳感器即為關(guān)鍵點的設(shè)定，用戶追蹤塔體不同位置的參數(shù)變化，數(shù)值模擬模塊的結(jié)果部分將顯示數(shù)值模擬部分的數(shù)值結(jié)果、狀態(tài)分布，硬件接口模塊為應(yīng)力/應(yīng)變片、熱電偶、全站儀硬件的接入，硬件接口模塊另有實時監(jiān)控、設(shè)置、數(shù)據(jù)分析作為硬件采集系統(tǒng)的輔助模塊，安全評估模塊綜合了由力學(xué)實驗支撐的經(jīng)典低周疲勞破壞失效理論、蠕變損傷失效理論及評估方法，以及高溫低周疲勞與蠕變線性耦合損傷理論和基于彈塑性損傷失效理論的評估方法，以及另留有的腐蝕性分析、安定性分析方法，亦可打開實驗報告查看實驗支撐的具體數(shù)據(jù)，還可查看現(xiàn)行的壓力容器規(guī)范，設(shè)定生成報告所需的模板，最終生成安全評估報告，數(shù)據(jù)模塊用于用戶管理多次安全評估所獲結(jié)果，使用不同權(quán)限對多次運行評估軟件所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、比對、維護(hù)，從中尋找關(guān)聯(lián)、差異，為工藝改進(jìn)提供意見；幫助模塊羅列了該軟件的使用方法、理論支持、操作算例供用戶求助查看，還有產(chǎn)品信息、技術(shù)支持可供用戶與軟件制作人員聯(lián)系不斷改進(jìn)該延遲焦化焦炭塔在線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)軟件。
【文檔編號】G06F19/00GK104318054SQ201410487635
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】楊治國, 伍耐明, 李明震 申請人:北京航空航天大學(xué)