Page 62 - 理化检验-物理分册2022年第四期

杨 阳: 轻烃区脱乙烷塔塔体钢板开裂原因

模拟方法对钢板所受应力及其应力分布进行计算。

由于脱乙烷塔入口流体温度为 -55~-20 ℃ , 而其

底部重沸器内介质温度为72~76℃ , 其内部工作温
度较低且有较大温差; 同时, 脱乙烷塔的运行压力为
1.65MPa~1.70MPa 。因此, 在计算钢板的应力分

布时, 除重力因素外, 也需要考虑温度和内部压力对
塔体钢板应力的影响。
2.1 脱乙烷塔塔体模型
采用 FLUENT 流体模拟软件对塔体内流场进
行模拟, 得到内部流场的温度分布与压力分布。再
将流场温度计算结果代入到稳态热力学计算模块

Stead y -StateThermal中, 计 算 得 到 塔 板 的 温 度 分
布。最终将计算得到的流场压力与塔板温度代入到
静力学计算模块 StaticStructural中, 考虑塔板的重

力与外界风载荷, 最终计算得到塔板的应力分布。
参考脱乙烷塔设计图纸信息所建立的脱乙烷塔
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图 8 7 , 8 试样的显微组织
塔体模型( 见图 10 ), N6 为重沸器出口, M2 与 M3
为人孔。根据检查结果, 塔板裂纹主要出现在 N6
与 M2 之间。建模塔体总高度为 28.5m , 塔体下端

圆柱外直径为 1528 mm , 壁厚为 14 mm 。锥体上

部外直径为 1028mm , 壁厚为 14 mm 。 N6 与 M2

轴线竖直距离为 5650mm , M2 与 M3 的圆柱轴线

之间垂直距离为 5400mm 。
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图 9 7 试样微裂纹显微组织形貌
表 3 拉伸试验结果
屈服强度 屈服强度
宽度, 抗拉强度 / 断后伸长
项目 / /
R p 0.2 R p 1.0
标距 / mm MPa 率 / %
MPa MPa
7 横向 38.0 , 50 272 335 595 53
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7 纵向 38.0 , 50 323 364 705 49
8 横向 38.0 , 50 278 328 610 50
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8 纵向 38.0 , 50 275 322 615 48 图 10 脱乙烷塔塔体模型
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标准值 — ≥205 ≥250 ≥520 ≥40
2.2 温度场模拟分析结果

试验方法参照 GB / T4334 — 2020 《 金属和合金 塔内流场内部温度分布如图 11 所示, 塔体温度

的腐蚀 奥氏体及铁素体 - 奥氏体( 双相) 不锈钢晶间 分布如图 12 所示, 塔体温度为 -35~-20 ℃ , 下段
腐蚀试验方法》 标准, 采用丙酮、 乙醇对试样进行脱 温度高于上段温度, 这是由于上段气体入口温度较
脂处理, 试验时间为 16h , 试验完成后对所有试样 低, 而下端有重沸器进行加热。在塔体出现裂纹的

进行弯曲处理, 弯曲压头直径为 5mm 。结果显示 N6 至 M2 之间, 温度约为 -25 ℃ 。
所有试样均未出现晶间腐蚀裂纹。 2.3 塔体应力分布模拟结果
将塔体温度计算结果代入到静力学计算模块
2 有限元分析
StaticStructural中, 同时考虑塔体的重力、 流场施
为研究塔体钢板出现裂纹的原因, 拟采用数值 加给塔体的压力以及外界的风载荷, 在这几个力的
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