苏里格第二天然气处理厂放空系统动态分析

摘要

苏里格第二天然气处理厂主要负担着苏里格气田天然气处理及集输任务。放空系统是天然气处理厂必不可少的配套设施，当遇到紧急情况时，需要瞬时放空，放空气体将会对管道产生巨大的冲击力，并由此可能导致发生放空管撕裂、位移过大而脱离管架、塔架倒塌等事故。因此，对放空系统进行全面的动态分析，校核该系统的强度及稳定性，对确保系统的安全运行，有重要的意义。然而，有关放空系统动态分析的的研究尚未见报道。本文分别对放空系统的受力行为、动态特性和稳定性进行研究，对放空系统的可靠性设计具有指导意义。本文的主要工作和取得的主要结果如下:
　　(1)对整个放空系统的建立了有限元数值模型，结果表明，局部位置位移和应力偏大，存在不安全因素，为确保结构安全运行，应增加部分管卡约束。对管卡的位置和数量进行了优化运算，得到了最少的管卡数量和最佳施加位置;并给出了管卡处的约束反力，可以据此设计管卡的尺寸。
　　(2)对火炬区进行模态分析计算，获得了火炬区前六阶的振动固有频率，为避开外部机械振动频率、防止火炬区产生共振提供了数值依据。分别用能量法和数值方法求得火炬塔架的一阶屈曲力，在紧急放空时火炬出口处压力小于两种方法求的的值，由此得出火炬塔架稳定的结论。
　　(3)通过大量计算得出了火炬管壁厚与临界失稳载荷的关系，为同类型结构设计提供了重要数值依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和学科意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 学科意义

1．2 放空火炬系统的研究现状

1．3 放空火炬系统的影响因素和机制分析

1．4 本文的研究内容和技术路线

第二章 放空火炬系统的有限元模型建立

2．1 材料基本参数

2．2 单元类型

2．3 建模方式和网格划分控制

2．4 地基建模

2．5 边界条件设置

2．6 温度载荷

2．7 放空系统的有限元模型

第三章 放空系统的应力分析

3．1 放空管路的水力分析

3．1．1 放空过程及天然气参数

3．1．2 紧急停车过程及天然气参数

3．1．3 紧急停车时放空管路的水力计算

3．1．4 单条集气干线放空时放空管路的水力计算

3．2 放空管路的激振力分析

3．2．1 激振力的理论分析

3．2．2 紧急停车时放空管路激振力分析

3．2．3 单条集气干线放空时放空管路激振力分析

3．2．4 激振力的加载

3．3 紧急停车时放空系统静态分析

3．3．1 无管约束情况下的静态分析

3．3．2 管卡约束的位置

3．3．3 部分管卡约束情况下的静态分析

3．3．4 全部施加管卡约束情况下的静态分析

3．4 结论

3．5 小结

3．5．1 管卡约束建议

3．5．2 管卡约束处的作用力

第四章 放空系统的动态分析

4．1 放空系统火炬区的模态分析

4．1．1 模态分析介绍

4．1．2 火炬区的模态分析

4．1．3 小结

4．2 瞬态动力学分析介绍

4．3 动态分析步骤及参数设置

4．4 单条集气干线放空时系统的动态分析

4．4．1 位移随时间的相应

4．4．2 结论

4．4．3 等效应力随时间的响应

4．4．4 小结

4．5 紧急停车时放空系统的动态分析

4．5．1 位移随时间的相应

4．5．2 等效应力随时间的相应

4．5．3 小结

4．6 小结

第五章 放空系统高压火炬的稳定性分析

5．1 高压火炬稳定性的理论分析

5．1．1 一阶屈曲的能量法分析

5．1．2 一阶屈曲力的数值解

5．1．3 小结

5．2 高压火炬稳定性的三维有限元分析

5．2．1 高压火炬的三维特征值屈曲分析

5．2．2 高压火炬稳定性与壁厚的关系

5．2．3 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文