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    高温设备及管道应力分析

    2019-04-12   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港内部报道:锂离子电池电解液基本上是有机碳酸酯类物质,是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂存在热分解放热反应。因此提高电解液的安全性对动力锂离子电池的安全性控制至关重要。但目前商品化的安全性电解液还处于试验阶段,其电化学性能和安全性均不能完全满足要求。
      
      钛酸锂是安全性很好的电池负极材料,但是其电池比能量低限制其被广泛使用。碳负极材料依然是目前最广泛使用的锂离子电池负极材料。解决碳负极材料安全性的方法主要是降低材料的比表面积,和提高SEI膜的热稳定性,后者通过电解液添加剂来实现。
      
      正极材料对电池安全性的影响是至关重要的,主要是正极材料存在析氧反应放热,与电解液发生氧化还原反应放热等等。橄榄石结构磷酸铁锂材料基本上不析氧,尖晶石锰酸锂材料有少许析氧,层状三元氧化物材料在300°C以上有大量的氧析出,而层状镍钴铝氧化物材料析氧最大,且析氧起始温度很低。因此,磷酸铁锂材料的安全性最好,层状镍钴铝氧化物材料的安全性最差。但是,电池比能量是相反的,磷酸铁锂材料电池的比能量最低,一般是100120Wh/kg,层状镍钴铝氧化物材料电池的比能量一般是160200Wh/kg.因此,在选用正极材料时,要充分考虑电池的比能量和安全性。
      
      考虑管道在内压、自重、温度、地震、风载等载荷作用下管道的受力情况,并通过载荷工况的组合作用,得出各个工况下管道的应力分布,确定各弹簧支座的型号,计算管道对设备管口的管道载荷。
      
      某公司多段分级转化流化床煤气化中试装置核心设备为气化炉、三级旋风分离器、废热锅炉及附属管道见。入炉煤从气化炉下部和上部分别进入,在高温1000~1 100t!下,与气化剂进行反应,生成灰渣团聚物和粗煤气。灰渣团聚物经渣锁排出气化炉,粗煤气进入三级旋风分离器,所夹带的细粉被捕集后经料腿和返料阀门返回气化炉进一步气化。高温煤气经过除尘后,再进入废热锅炉进行废热回收。
      
      整体应力分析的目的由于该多段分级转化流化床煤气化中试装置是在原加压灰熔聚流化床粉煤气化中试平台的基础上进行改造,受原平台空间限制,设备和管道布置紧凑,利用CAESAR管道应力分析软件对中试装置核心部分进行整体建模,可分析计算其在内压和各种载荷作用下的应力分布情况;分析比较管系在各种布置方案下的应力水平,为选择最佳方案提供依据;计算管道对各设备管口的管道载荷,为设备设计提供外载;计算弹簧支吊架的载荷和位移,确定弹簧支吊架型号。
      
      2三种方案的比较分析由于各设备布置紧凑,如何配管使管道既能满足工艺要求,又能使管道在各种工况下满足应力强度条件是最困难的问题,为此配管工程师提出了三重集团大连设计研究院有限公司助理工程师,辽宁大连116600重集团大连设计研究院有限公司高级工程师,辽宁大连116600 1一第三旋风分离器;2―管道三;3―管道二;4一管道i;5―第―旋风分离器;6―一旋支座;7―一料腿返回管道;8―三旋支座;9一第二旋风分离器;10―二旋支座;11一二料腿返回管道;12―气化炉固定支座;13―管道四;14一废热锅炉;15―固定支座。
      
      气化炉、旋风分离器、废锅锅炉及附属管道整体结构示意图种配管方案。
      
      2.1方案:固定支座加膨胀节气化炉和三个旋风分离器都由固定支座支撑在钢结构框架上,在三级旋风分离器到废热锅炉的长管道上加膨胀节,以吸收由热胀引起的变形量,从而降低管道应力。
      
      该方案的优点是结构简单,安装方便。但因膨胀节每隔一段时间就必须更换,所以不利于维护,且由于管道内壁需敷设耐火及保温层材料,膨胀节在管系的变形协调中会受拉压作用而发生弯曲,导致内壁的耐火材料被破坏,高温介质将直接与金属管道接触,致使管道许用应力降低,最终破坏管道。
      
      2.2方案二:固定支座加n形弯管气化炉和三个旋风分离器固支在钢结构框架上,在第三旋风分离器到废热锅炉的长管道中加入n形弯管,用弯管来吸收热胀引起的变形量,降低管道应力。
      
      该方案同样结构简单,安装方便,但由于受原框架空间限制,n形弯管将超出框架并和框架横梁干涉,因此该方案虽然能满足工艺和应力强度条件,但却无法在中试装置中实现。
      
      2.3方案三:旋风分离器用弹簧支座在该方案中气化炉和废热锅炉用固定支座支撑在钢结构框架上,三个旋风分离器改用弹簧支座支撑,用弹簧支座的变形来吸收热胀量,降低管道应力见。
      
      1一第三旋风分离器;2―弹簧支座;3―三旋至废锅管道;4一废热锅炉;5―固定支座。
      
      方案三:旋风分离器改用弹簧支座结构示意图该方案虽然结构上较前两个方案复杂,但占用空间小,可以安装在原框架结构上,经过计算后管道应力又能满足应力强度条件,因此该方案切实可行,某公司开发的多段分级转化流化床煤气化中试装置正是采用了该种方案。
      
      应力分析计算3.1管道载荷的确立1计算压力及计算温度气化炉的操作压力为3.0MPa,气化炉内部的操作温度约为1200丈,但因设备和管道内壁都敷设有耐火材料,所以管线的计算压力为3.0MPa,计算温度为150丈。
      
      中国钢管信息港内部报道:在CAESAR中用考虑了保温层和风向角的管道的暴露面积乘以等效风压和管道的形状系数来得到风载荷,用户一般可以用三种方法来计算等效风压。第一种用ASCE7-2005规范进行计算,第二种用风压和高度关系表进行计算,第三种用风速和高度关系表进行计算。单元上总的风力计算公式:在本项目中由于试验基地的风压随高度的变化关系已经测得见,故使用第二种方法计算风压和单元所受的风力,风形系数取0.6.某基地风压随高度变化关系表CAESAR软件对地震载荷可采用静态计算和动态计算两种分析方法,施加静态地震载荷的方法与风载荷类似,地震载荷的大小与单元重量成正比。本项目采用静态计算方法,地震加速度取0.2g. 3.2载荷组合工况及计算在CAESAR中利用工况代数组合可以将基本载荷工况进行组合,形成各种组合工况。
      
      正常载荷工况应考虑自重W、位移、温度T、压力P和弹簧附加力H等载荷分量,并由这些载荷分量组合出弹簧工况HgR,操作工况(OPE、持续工况SuS,并根据操作工况和持续工况组合出膨胀工况Exp.偶然载荷包括风载荷和地震载荷,按照ASMEB31.3的规定,风载荷和地震载荷不考虑叠加,分别与正常运行载荷单独组合。
      
      风载荷工况除了自重碟、位移D、温度T、压力P、弹簧附加力0等载荷分量外,还包括风载分量,本项目中风载方向由风玫瑰图中比例最高的方向确定。
      
      中国钢管信息港内部报道:地震载荷工况除了自重碟、位移D、温度T、压力P、弹簧附加力0等载荷分量外,还包括X、Y、Z三向地震分量。
      
      提供的基本工况为持续工况SuS、操作工况OpE、热胀工况Exp和偶然工况(OC0,用户可利用这些基本工况组合出所需的各种工况,以校核次应力和二次应力,计算管道上各约束在不同工况下的受力和位移等,具有极高的灵活性,为用户提供了很大的方便。
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