WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таблица Колонна Диаметр Высота, Количество Толщина, D, мм Н, мм болтов, штук, мм H 5500 48800 24 G 6500 51000 16 F 6000 50000 16 E 5500 45000 16 Разработанная модель по расчету НДС применена для расчёта предельного состояния цилиндрических аппаратов, изготовленных из сталей марок ВСт3сп, 09Г2С, 15Х5М и 12Х18Н10Т, в условиях реализации неравномерного разогрева (рис. 8-11). Результаты расчёта показывают незначительные изменения значений температур при наступлении предельного состояния в зависимости от геометрических характеристик и материального исполнения аппаратов.

Показано, что моделирование с помощью МКЭ с учетом результатов реальных аварий колонных аппаратов позволяет регламентировать действия по тушению пожара и не допускать реализации вторичных разрушений.

ВСт3сп Предел текучести Предел прочности Н G F E 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.8. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали ВСт3сп 09Г2С Предел текучести Предел прочности H G F E 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.9. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 09Г2С МПа МПа 15Х5М Предел текучести Предел прочности Н G F E 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.10. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 15Х5М 12Х18Н10Т Предел текучести Предел прочности Н G F E 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.11. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 12Х18Н10Т В третьей главе дается описание аварии, развитие которой шло по другому «сценарию», но характерной особенностью явилось возникновение неравномерного температурного поля, в результате интенсивного горения при пожаре, большой концентрации оборудования, неверных действий в результате ликвидации и локализации аварии. При аварийном наружном возгорании колонных аппаратов и тушении пожара имеют место случаи, когда наблюдается нарушение обвязки и разгерметизация системы. Такие случаи зафиксированы органами Госгортехнадзора, однако при расследовании аварий не уделено должного внимания возможности возникновения неравномерного температурного поля при тушении открытого пламени.

МПа МПа В качестве объекта анализа взята авария, которая произошла 1 января 1999 года на блоке выделения фракции 200-315 оС из дизельного топлива установки «Парекс» зоны № 2 АО «Башнефтехим». Установка введена в эксплуатацию с 1985 года. В 1996 году блок выделения фракции 200-315 оС из дизельного топлива переведён на режим работы по обезвоживанию товарного дизельного топлива.

В результате нарушения технологического режима произошёл выброс продукта с дальнейшим его возгоранием от открытого пламени печи на территории блока. Интенсивное горение и большая концентрация оборудования не позволили эффективно бороться с пожаром, и через 1 час после начала горения произошёл разрыв линзового компенсатора, установленного на шлемовом трубопроводе колонны К-1. Смесь паров нефтепродукта с воздухом в виде облака распространилась по всей территории блока, и в районе печи произошёл взрыв, повлёкший за собой групповой несчастный случай со смертельным исходом среди пожарных, тушивших пожар.

Принципиальная технологическая схема установки показана на рис.12.

компенсатор Э-Х-ХВ- К-П-Э-Е-Т- Е- Т- Н-Н-Н-Рис.12. Принципиальная схема блока подготовки сырья установки «Парекс» Сырьё – дизельное топливо из товарного парка забирается насосом Н-1, прокачивается одним потоком последовательно через теплообменники Т-1, Т-2, Т-3, двумя потоками через трубчатую нагревательную печь П-1 и с температурой не выше 280 оС подаётся в ректификационную колонну К-1.

В ректификационной колонне К-1 происходят разделение дизельного топлива на фракции и обезвоживание фракции н.к.-200оС под вакуумом.

С верха колонны К-1 выводятся пары воды и фракция н.к.-200оС, которые конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного охлаждения ХВ1/1,2 и холодильнике Х-1/1.

Фракция н.к.-200 С с температурой примерно 40оС направляется в вакуумный приемник Е-1, из Е-1 по барометрической трубке отводится в емкость Е-2, в которой происходит отделение фракции н.к.-2000С от технологического конденсата (воды). Часть фракции насосом Н-6 (Н-6а) подается в качестве острого орошения в К-1, балансовое количество фракции н.к.-2000С откачивается с установки.

Обезвоженное дизельное топливо насосом Н-4 (Н-5а) откачивается в товарные резервуары дизельного топлива.

Комиссия по расследованию причин аварии установила следующие этапы развития ситуации. Начальным пунктом в цепи событий явилось распоряжение диспетчера завода по увеличению загрузки сырьем блока по обезвоживанию товарного дизельного топлива. Выполнение этого распоряжения повлекло за собой снижение температуры вспышки целевого продукта, что потребовало подъема температуры на выходе из нагревательной печи путём розжига дополнительных форсунок. Увеличение выхода продуктов в емкость Е-2 привело к ее переполнению и попаданию продуктов в эжектор вакуумной системы и далее по линии дожига газов разложения в камеру сгорания печи. Горение продукта вызвало подъем температуры в змеевике, выкипание продукта и, как результат, подъем температуры в колонном аппарате. Старший оператор, неправильно оценив причины попадания и загорания нефтепродукта, начал дей ствовать в соответствии с «Планом ликвидации аварийных ситуаций» (ПЛАС) по позиции «прогар труб в печи».

Операторная Наружная этажерка Блок ХВО Блок теплообменников Е-Взрыв Эжекторы К- Е-П-Рис.13. Схема расположения оборудования во время аварии Пожарные, производившие тушение пожара, при этом охлаждали водой колонный аппарат, температура в котором превышала 400 оС.

В заключении комиссии, расследовавшей причины аварии, не дана оценка истинных причин разгерметизации компенсатора.

В акте расследования аварии не сказано о возможности возникновения и развития аварийной ситуации в результате воздействия неравномерного температурного поля при одностороннем действии открытого огня и при тушении пожара. Этот фактор не учитывался при ликвидации аварийной ситуации, что привело к катастрофическому развитию аварии.

Моделирование аварийной ситуации, связанной с разрывом компенсатора, проводилось с применением МКЭ.

Расчет велся по схеме, в рамках которой аппарат с опорной обечайкой заменялся цилиндрической оболочкой с реальными диаметром и высотой. Оболочка закреплялась в соответствии с количеством анкерных болтов шарнирно.

м.

В центре масс прикладывался вес аппарата, от которого создавался момент при отклонениях аппарата от вертикальной оси относительно крепежных элементов.

Для решения поставленной задачи были сделаны следующие допущения: вакуумная колонна была представлена в виде цилиндрической оболочки высотой Н=41,51 м, диаметром D=4,998 м и толщиной стенки 18 мм, трубопровод диаметром 720 мм толщиной стенки = 9 мм, компенсатор диаметром 1000-720 мм длиной 0,4 м толщиной стенки = 4 мм.

Рис. 14. Модель расчета С помощью программного пакета «АNSYS» построена конечноэлементная модель колонны (рис.15).

Рис. 15. Конечно-элементная модель колонны На основе этого элемента были реализованы и проанализированы различные процедуры дискретизации цилиндрической оболочки.

Кроме гравитационных нагрузок к колонне были приложены температурные нагрузки: температура t1, приложенная к основанию цилиндра и к половине стенки цилиндра, и температура t2, приложенная к противоположному основанию к другой половине стенки цилиндра к трубопроводу и компенсатору.

Колонна была закреплена жестко по всем степеням свободы в 24 узлах (по числу крепежных элементов), равномерно распределенных по окружности основания цилиндра, находящегося в центре системы координат. Закрепление в узлах имитирует закрепление вакуумной колонны анкерными болтами к фундаменту.

Из-за разности температур t1 и t2 цилиндрическая оболочка деформируется, причем при расчетах напряженно-деформированного состояния закрепляли температуру охлаждаемой части колонны и изменяли температуру горячей части, тем самым имитируя процесс охлаждения одной части колонны водой и распространение пожара на другой части аппарата.

По результатам расчета напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки получено изменение эквивалентных напряжений в компенсаторе по окружности L (рис. 16).

Рис. 16. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений Как видно из последнего графика, при достижении температуры 110 оС в компенсаторе возникают пластические деформации, а при достижении 220 °С в зоне нагрева напряжения достигают предела прочности материала (температура зоны охлаждения 20-30°С).

Разрушение компенсатора по полученным данным происходит в зоне разрушения D (рис. 17).

Зона разрушения D Рис. 17. Зона разрушения D На рис. 18 показано реальное разрушение компенсатора в результате происшедшей аварии.

Рис. 18. Разрушенный компенсатор Таким образом, показано, что методика позволяет также анализировать конкретные случаи с установлением реальных причин возникновения тех или иных ситуаций.

Хорошо известно, что конструкционные материалы обладают низкими (в десятки и сотни раз) значениями сопротивления разрушению по сравнению с теоретическими величинами. Известно, что причиной резкого несоответствия реального и теоретического сопротивления разрушению твердых тел может быть наличие в них малых дефектов (трещин). Эти дефекты возникают как следствие концентрации напряжений, достигающих в локальных объемах значений, соответствующих теоретической прочности. При проведении расчета предельного состояния предложено учитывать коэффициенты концентрации напряжений в анкерных болтах.

Предложена система орошения аппаратов, позволяющая при возникновении пожара обеспечить равномерное его охлаждение по всему периметру.

В четвертой главе разработан алгоритм анализа причин разрушения аппаратов при возникновении и развитии аварийных ситуаций, связанных с возникновением пожаров и деформированием оболочки в неравномерном температурном поле и даны рекомендации по предупреждению возникновения подобных ситуаций.

На рис. 19 показан алгоритм анализа аварии, который позволяет выяснить причины разрушения колонных аппаратов и их элементов и рекомендуется для практического использования.

Автор и Назарова М.Н. провели исследования возникновения характерных структур в изломах феррито-перлитных сталей, подвергнутых воздействию усталостных нагрузок и разрушенных в результате воздействия удара. Показано, что разрушение при статическом нагружении образцов из ферритоперлитной стали, подвергнутых испытанию по схемам «растяжение-сжатие» и «чистый изгиб», происходит по различным механизмам. При воздействии изгибных нагрузок наблюдаются при прочих равных условиях более интенсивная потеря пластичности и возрастание прочностных свойств, чем при деформировании по схеме «растяжение-сжатие». Эти результаты необходимо учитывать при расследовании аварий, приведших к разрушению конструкции с целью выделения объективных причин разрушения.

Авария с разгерметизацией аппаратов Наличие пожара Нет Да Расследование по суНаличие неравномерного ществующей схеме температурного поля при возникновении или тушении пожара Нет Да Расследование по су- Построение схемы расчёта ществующей схеме объекта обследования Установление граничных условий для проведения расчётов Построение конечно-элементной модели объекта обследования Определение границ воздействия температурного поля Приложение нагрузок и выполнение расчёта НДС Определение параметров наступления предельного состояния объекта обследования Рис. 19. Алгоритм анализа последствий аварийных ситуаций Общие выводы 1. Проведён анализ 200 аварий в период с 1980 по 2003гг. на объектах нефтехимического комплекса России, и отмечено, что причинами являются как объективные факторы (значительная изношенность оборудования), так и субъективные (человеческий фактор). Количество происходящих аварий из года в год не уменьшается, и имеется устойчивая тенденция к увеличению суммы ущерба от их последствий.

В результате анализа выявлены однотипные случаи возникновения и развития аварийных ситуаций в результате воздействия неравномерного температурного поля при одностороннем действии открытого огня и (или) при тушении пожара. Этот фактор не учитывается при ликвидации аварийных ситуаций, при проведении технического расследования причин аварии и при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций на объектах нефтегазовой отрасли.

2. Выявлено, что при неравномерном тушении пожара либо одностороннем действии огня колонный аппарат оказывается под воздействием неравномерного температурного поля. Моделирование реальных аварийных ситуаций с помощью МКЭ позволило выявить возникновение изгибных напряжений, достигающих критической величины в крепежных деталях, в элементах обвязки, способных привести к падению аппарата, либо к нарушению обвязки и разгерметизации системы.

3. В процессе моделирования напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с различными геометрическими размерами, находящихся под воздействием неравномерного температурного поля, возникшего в результате пожара, определены предельные состояния конструкций из сталей ВСт3сп, 09Г2С, 15Х5М и 12Х18Н10Т, предшествующие разрушению.

4. Определена последовательность разрушения крепежных элементов колонного аппарата при возникновении изгибных деформаций в результате неравномерного нагрева оболочки открытым пламенем и минимальное количест во целых крепежных элементов, обеспечивающих устойчивое вертикальное положение аппарата.

5. Предложено при расчете предельных состояний оборудования учитывать коэффициенты концентрации напряжений в дефектах анкерных болтов.

6. Предложен алгоритм анализа последствий аварийных ситуаций для выяснения истинных причин разрушения конструкций.

Основные результаты опубликованы в следующих печатных работах:

1. Назарова М.Н., Ягафаров Р.Р. Влияние структурных факторов на механические свойства и развитие процессов разрушения ферритно-перлитных сталей //Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст.-Уфа:

Изд-во УГНТУ, 2003.-№14.- С.77-84.

2. Кузеев И.Р., Валиуллин Х.Б., Чиркова А.Г., Кузеев М.И., Зарипов Р.А., Ягафаров Р.Р. Деформация колонного оборудования при пожаре //Прикладная механика механохимического разрушения.- 2004. – № 2.- С.15-20.

3. Ягафаров Р.Р., Габбасова А.Х. Энергетическая концепция обеспечения долговечности технологических систем //Прикладная синергетика – П:

Сб. тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Уфа: УГНТУ, 2004. – С.153-155.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»